[实用新型]一种多旋翼无人机室内同步定位与建图系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种多旋翼无人机室内同步定位与建图系统，属于无人机导航定位与控制技术领域。

背景技术

多旋翼无人机凭借其体积小，灵活性高，可垂直起降等优点广泛应用在森林防火，交通监控，对地侦察，灾难搜救，农业植保等领域。在空旷的室外环境中无人机依靠卫星导航定位系统进行定位与导航，但是在受到遮挡没有卫星信号的情况下多旋翼无人机无法进行自身的定位，特别是在未知的室内环境中卫星信号几乎没有。如何使无人机在无卫星信号的室内环境中依然可以进行导航和定位，变成了一个亟待解决的难题。

同步定位与建图技术是一种根据传感器探测周围环境数据来构建环境模型，并根据已建好的环境模型来进行自身定位的一种定位技术，与卫星导航定位系统不同，不需要依靠卫星信号就能知道自身位置。激光雷达是一种更新频率快，探测精度高的传感器。通过高速旋转激光束来感知周围环境到自身的距离，是一种高性能的用来测距的传感器，可用来进行同步定位与建图。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是：提供一种多旋翼无人机室内同步定位与建图系统，克服了在无GPS环境下无人机无法进行定位与导航的缺点，所有传感器和定位建图处理均在无人机上，无需将传感器信息传回地面处理，同时能够提供准确的未知空间的二维栅格地图，在第二次进入该环境时为机器人提供先验地图知识。

本实用新型为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种多旋翼无人机室内同步定位与建图系统，其特征在于，包括搭载在无人机上的飞行控制模块、姿态传感器、光流传感器、电机、定位建图模块、激光雷达、超声波传感器、无线通讯模块；还包括地面站PC机、遥控器；所述姿态传感器、激光雷达分别与定位建图模块连接；所述定位建图模块、姿态传感器、光流传感器、电机、超声波传感器、无线通讯模块分别与飞行控制模块连接；所述地面站PC机、遥控器分别通过无线通讯模块与飞行控制模块连接。

作为本实用新型的一种优选方案，所述飞行控制模块采用STM32F407型号芯片作为控制器。

作为本实用新型的一种优选方案，所述姿态传感器采用MTI300型号。

作为本实用新型的一种优选方案，所述光流传感器采用PX4flow型号。

作为本实用新型的一种优选方案，所述超声波传感器采用MB1212型号。

作为本实用新型的一种优选方案，所述激光雷达采用UTM30LX型号。

本实用新型采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

1、本实用新型多旋翼无人机室内同步定位与建图系统，使得多旋翼无人机可在室内无GPS环境下进行导航和定位且定位精度高。

2、本实用新型多旋翼无人机室内同步定位与建图系统，定位与建图模块与多旋翼飞行控制模块直接相连，无需将信号通过无线传输的方式发给地面计算机处理，减少延时提高实时性。

3、本实用新型多旋翼无人机室内同步定位与建图系统，当无人机再次进入已探测过的环境时，可将已构建的地图为无人机提供导航信息。

附图说明

图1是本实用新型多旋翼无人机室内同步定位与建图系统的整体架构图。

图2是本实用新型多旋翼无人机室内同步定位与建图系统的工作流程图。

图3是本实用新型激光雷达水平放置时的测量模型示意图。

图4是将激光雷达扫描平面投影到水平面示意图。

图5是本实用新型多旋翼无人机室内同步定位与建图系统数据更新频率与数据流向图。

图6是利用本实用新型系统进行同步定位与建图的效果图。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能解释为对本实用新型的限制。

如图1所示，一种多旋翼无人机室内同步定位与建图系统，包括多旋翼飞行控制部分、同步定位与建图部分、地面监测与控制部分。其中，多旋翼飞行控制部分的作用是控制多旋翼无人机的飞行姿态与飞行轨迹。同步定位与建图部分用来收集激光雷达采集的数据进行平面地图的绘制并计算无人机在室内空间中的位置。地面监测与控制部分的作用是通过遥控器和地面站PC机控制多旋翼无人机的飞行姿态和轨迹，并通过地面站PC机监测无人机的飞行数据，地面站PC主要起检测和高级指令发布的作用。地面监测与控制部分通过无线通讯模块与多旋翼飞行控制部分相连接，同步定位与建图部分与多旋翼飞行控制部分通过串口连接。