[发明专利]基于外部视觉的四旋翼无人飞行器全自主飞行控制系统

摘要

本发明公开了一种基于外部视觉的四旋翼无人飞行器全自主飞行控制系统，该系统由四旋翼飞行器硬件平台，自主飞行控制系统，以及飞行数据处理系统构成，四旋翼飞行器硬件平台包括装备有XBee无线通信模块以入嵌入式ARM微控制器的微小型四旋翼飞行器、外部VICON视觉定位系统以及地面站PC机，地面站PC机运行主要的控制算法，并将控制指令发送给四旋翼飞行器，以进行实时控制。本发明能够实现四旋翼无人飞行器准确、快速的进行室内环境下的自主飞行。系统各模块独立去藕合，方便日后独立的对各模块进行进一步的单独开发。

主权项

1.一种基于外部视觉的四旋翼无人飞行器全自主飞行控制系统，其特征在于，所述控制系统由四旋翼飞行器硬件平台，自主飞行控制系统，以及飞行数据处理系统构成，四旋翼飞行器硬件平台包括装备有XBee无线通信模块以入嵌入式ARM微控制器的四旋翼飞行器、外部VICON视觉定位系统以及地面站PC机；地面站PC机与四旋翼飞行器之间通过无线串口XBee相连并进行通信；地面站PC机用于实现主要的任务规划、轨迹生成与控制算法，并通过无线串口向飞行器发送控制指令；外部VICON视觉定位系统用于进行位置定位，提供位置反馈；自主飞行控制系统包括机载姿态控制器，地面站位置控制器以及轨迹规划器；机载姿态控制器采用闭环控制策略，且以1000Hz频率进行控制，在姿态稳定可控基础上，地面站位置控制器以姿态为虚拟输入量对位置进行控制，其控制指令通过XBee无线通讯模块发给机载姿态控制器，轨迹规划器用于生成合理的参考轨迹曲线；飞行数据后处理系统由飞行数据本地储存模块，关键数据报表生成模块，以及飞行过程可视化回放模块构成，飞行数据采用python中的MySQL工具包采其存入本地MySQL数据库中,所述的姿态控制器设置在四旋翼飞行器上，所述的轨迹规划器在远端以独立模块设计，所述的轨迹规划器生成的轨迹以参考输入方式传递给位置控制器，位置控制器计算后再将指令通过无线串口发送给四旋翼飞行器，位置控制器的反馈信号直接通过以太网向VICON数据服务器获取，数据分析时，通过PYTHON脚本直接计算飞行过程主要特征数据，填入Latex模块并调用Latex编译命令自动编译生成数据报表。