[发明专利]基于ROS的视觉四旋翼无人机及其开发系统

说明书

本发明涉及一种基于ROS的视觉四旋翼无人机及其开发系统，属于无人机技术领域。包括无人机躯体部分、飞行控制模块、分体电调、GPS模块、GPS支架、航模无刷电机、锂电池、双目摄像头、双目摄像头稳定机构、碳管、板载计算机、飞行控制模块分电板、底座、无刷电机一、摆臂一、摆臂二、无刷电机三、夹持机构、无刷电机二和单片机与控制板；本发明是面向高校学生开发者的教学视觉平台，利用双目摄像头以及其稳定机构开发基础示例代码，单一的纯视觉传感器取代了多种传感器共同工作、同时发布多种信息的解决方案。同时，教学平台中仅使用单一的视觉传感器(双目摄像头)的方案能够有效减少实验室设备的管理与维护成本，降低实验室运营负担。

技术领域

本发明属于无人机技术领域，涉及基于ROS的视觉四旋翼无人机及其开发系统。

背景技术

近年，随着机器人学的不断发展和多种基于ARM架构的AI计算板卡(如NVIDIA的TX、NX系列板卡等)体积的不断减小和计算能力的不断攀升，被越来越多包括汽车、无人机、无人船、机械狗在内的智能自驾机器设备开发者所使用。

在视觉传感器方面，stereolab公司开发的ZED系列双目摄像头为开发者提供了ros开发功能包，开发者可以使用其提供的接口处理摄像头的深度信息以实现视觉里程计的功能，同时使用opencv对图像进行其他处理。

同时，在CUDA的支持下，开发者们可以使用Pytorch、Tensorflow等成熟的AI计算框架方便地在AI计算板卡上部署自己的神经网络并用神经网络进行多种传感器数据处理并使用神经网络输出作为控制机器人任务执行过程的重要依据。

开源硬件方面，pixhawk硬件支持的px4固件对多种旋翼飞机提供了稳定的控制接口，通过mavros，ROS开发者可以通过上位机的节点对飞行器进行稳定的控制。同时，rosserial功能包的问世又为开发者提供了Arduino单片机的串口通信助手，为开发平台的拓展性奠定了基础，用户可以通过简单的连线以及自主开发实现如无人机云台开发和无人机气象站的开发

综上所述，基于ROS的视觉四旋翼开发平台所需的技术已经足够成熟，可以研发适用于高校学生的版本，作为大学自动化等相关专业的高水平实验室教具。

国内的阿木实验室开发并售卖的P系列无人机开发平台使用安装了ROS的英伟达计算板卡与Intelrealsense(t265作为视觉里程计、D435作为深度摄像头获取深度信息)开发的科研无人机开发学习平台。采用多种传感器实现开发演示功能，如：t265视觉里程计、d435深度摄像头、思岚科技激光雷达、TFmini激光模块等。

现有的用户较多的产品在利用深度视觉开发时通常采用的方案是将D435作为深度相机，输出深度信息用于生成地图，而无人机本身的位置信息(室内应用开发)则是利用另一个双目摄像头t265单独处理图像，解算图像特征点得到的。两个摄像头的信息还需经过坐标转换处理才输入路径规划器被调用。而深度相机本身不仅可以处理深度信息为点云信息，也能将图像中的特征点进行解算得到无人机自身的室内位置信息，因此，现有的这种解决方案为开发过程增加了不必要的成本，挤占了科研无人机上本身就并不算多的空间，不便于用户进行自己的硬件与机械结构拓展。

现今，市面上较多见的科研无人机平台的硬件部分没有足够的可拓展性，未能考虑到多种开源硬件平台之间已经建立了有效且可靠的通信方案，不能满足用户自主添加如舵机货仓、气体传感器等外设的需求

本发明需要解决科研无人机机身视觉传感器冗余而导致的搭建成本偏高以及机身机械结构不够简洁、空间小、可拓展性差的问题。

同时解决用户不能基于单片机等嵌入式系统开发拓展硬件实现新功能并被ROS调用的问题，提高科研无人机的可拓展性。

发明内容