一种无人飞行器实时测速装置的制造方法
【专利摘要】本实用新型涉及无人飞行器领域，尤其涉及一种无人飞行器实时测速装置，通过设置在无人飞行器底部的摄像头获取连续两帧的图像数据，再通过数据处理装置进行数据计算得到光流，再结合超声波测距装置可以测得无人飞行器的高度数据、陀螺仪可以测得无人飞行器的角加速度数据、加速度传感器可以测得无人飞行器的加速度数据，通过数据处理装置可计算得到无人飞行器的实时速度。本方案采用多种传感器和多个计算模块，实现了无人飞行器速度的实时监测。通过采集了无人飞行器的高度、加速度、角加速度等姿态数据，并且结合图像光流算法，计算得到更加精确的实时速度，本方案的实施不局限在室外，在室内环境同样可以检测到更加精确的实时速度。
【专利说明】
一种无人飞行器实时测速装置
技术领域
[0001]本实用新型涉及无人飞行器领域，尤其涉及一种无人飞行器实时测速装置。
【背景技术】
[0002]如今，无人飞行器在各行各业的应用有了飞速发展，出现了更多智能型无人飞行器。而随着飞行速度及飞行高度的不断增加，对无人飞行器本身性能要求也不断提高，对在各种环境下无人飞行器实时速度、高度信息的准确监测成为重要议题。这些实时信息的准确与稳定，对智能型无人飞行器的发展有着重要意义。
[0003]无人飞行器自身带有许多传感器用于监测自身姿态，但只能对速度进行一定的估计，虽然通过GPS可以计算得到当前实时速度，但是需要时刻能够搜到卫星，方能实施。
[0004]因此，有必要提供一种无人飞行器实时测速装置，无需通过卫星获取当前实时的速度。
【实用新型内容】
[0005]本实用新型所要解决的技术问题是:提供一种无人飞行器实时测速装置，无需通过卫星即可监测得到该无人飞行器的当前实时速度。
[0006]为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案为:
[0007]—种无人飞行器实时测速装置，包括:摄像头、超声波测距装置、陀螺仪、加速度传感器和数据处理装置;所述摄像头、超声波测距装置、陀螺仪和加速度传感器分别与数据处理装置连接；
[0008]所述摄像头和超声波测距装置设置在无人飞行器底部;所述超声波测距装置的测距探头竖直向下;所述陀螺仪、加速度传感器和数据处理装置设置在无人飞行器内部。
[0009]进一步的，还包括平衡检测模块，所述平衡检测模块与数据处理装置连接。
[0010]进一步的，还包括设置在无人飞行器底部的警示灯;所述警示灯与数据处理装置连接。
[0011]进一步的，还包括电源模块，所述电源模块包括锂电池和电源管理电路；
[0012]所述电源管理电路与所述锂电池连接，所述电源管理电路分别与所述数据处理装置、摄像头、超声波测距装置、陀螺仪、加速度传感器、平衡检测模块和警示灯连接。
[0013]进一步的，所述电源模块还包括太阳能转换电路，所述太阳能转换电路与所述电源管理电路连接。
[0014]本实用新型的有益效果在于:通过设置在无人飞行器底部的摄像头获取连续两帧的图像数据，再通过数据处理装置进行数据计算得到光流，再结合超声波测距装置可以测得无人飞行器的高度数据、陀螺仪可以测得无人飞行器的角加速度数据、加速度传感器可以测得无人飞行器的加速度数据，通过数据处理装置可计算得到无人飞行器的实时速度。本技术方案采用多种传感器和多个计算模块，实现了无人飞行器速度的实时监测。目前无人飞行器测速方面，精确度较高的是基于GPS数据和飞行器惯导的测速，但是其局限于室外环境，即为能够收到GPS信号的地方。通过采集了无人飞行器的高度、加速度、角加速度等姿态数据，并且结合图像光流算法，计算得到更加精确的实时速度，本技术方案的实施不局限在室外，在室内环境同样可以检测到更加精确的实时速度。
【附图说明】
[0015]图1为本实用新型的无人飞行器实时测速装置的结构示意图；
[0016]标号说明:
[0017]1、摄像头;2、超声波测距装置;3、陀螺仪;4、加速度传感器;5、数据处理装置。
【具体实施方式】
[0018]为详细说明本实用新型的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图予以说明。
[0019]本实用新型最关键的构思在于:通过在无人飞行器底部设置摄像头和超声波测距装置，在无人飞行器内部设置陀螺仪、加速度传感器和数据处理装置，通过多个传感器获取到的数据再结合数据处理装置的计算可得到无人飞行器更加精确的实时速度，并且无需通过卫星，因此无需局限在室外实施。
[0020]请参照图1，本实用新型提供的一种无人飞行器实时测速装置，包括:摄像头1、超声波测距装置2、陀螺仪3、加速度传感器4和数据处理装置5;所述摄像头1、超声波测距装置
2、陀螺仪3和加速度传感器4分别与数据处理装置5连接；
[0021]所述摄像头I和超声波测距装置2设置在无人飞行器底部;所述超声波测距装置2的测距探头竖直向下;所述陀螺仪3、加速度传感器4和数据处理装置5设置在无人飞行器内部。
[0022]从上述描述可知，本实用新型的有益效果在于:通过设置在无人飞行器底部的摄像头获取连续两帧的图像数据，再通过数据处理装置进行数据计算得到光流，再结合超声波测距装置可以测得无人飞行器的高度数据、陀螺仪可以测得无人飞行器的角加速度数据、加速度传感器可以测得无人飞行器的加速度数据，通过数据处理装置可计算得到无人飞行器的实时速度。本技术方案采用多种传感器和多个计算模块，实现了无人飞行器速度的实时监测。目前无人飞行器测速方面，精确度较高的是基于GPS数据和飞行器惯导的测速，但是其局限于室外环境，即为能够收到GPS信号的地方。通过采集了无人飞行器的高度、加速度、角加速度等姿态数据，并且结合图像光流算法，计算得到更加精确的实时速度，本技术方案的实施不局限在室外，在室内环境同样可以检测到更加精确的实时速度。
[0023]进一步的，还包括平衡检测模块，所述平衡检测模块与数据处理装置5连接。
[0024]由上述描述可知，所述平衡检测模块用于检测无人飞行器的平衡状态，且在检测到所述无人飞行器不平衡时输出飞行异常信息至所述数据处理装置，以通过数据处理装置输出飞行控制信号至无人飞行器的飞行驱动模块调整无人机的状态。
[0025]进一步的，还包括设置在无人飞行器底部的警示灯;所述警示灯与数据处理装置5连接。
[0026]由上述描述可知，所述警示灯用于数据处理装置接收到飞行异常信息时，开启警示灯闪烁，起警示作用。
[0027]进一步的，还包括电源模块，所述电源模块包括锂电池和电源管理电路；
[0028]所述电源管理电路与所述锂电池连接，所述电源管理电路分别与所述数据处理装置5、摄像头1、超声波测距装置2、陀螺仪3、加速度传感器4、平衡检测模块和警示灯连接。
[0029]由上述描述可知，所述电源管理电路用于将锂电池的电压转换为无人飞行器的各个模块所需的工作电压，并监测所述锂电池的电量。
[0030]进一步的，所述电源模块还包括太阳能转换电路，所述太阳能转换电路与所述电源管理电路连接。
[0031]由上述描述可知，所述太阳能转换电路在无人飞行器飞行时获取电能，并通过所述电源管理电路将所获取的电能输出给锂电池充电和无人飞行器的各个模块供电。
[0032]请参照图1，本实用新型的实施例一为:
[0033]本实用新型提供了一种无人飞行器实时测速装置，包括:摄像头1、超声波测距装置2、陀螺仪3、加速度传感器4和数据处理装置5;所述摄像头1、超声波测距装置2、陀螺仪3和加速度传感器4分别与数据处理装置5连接；
[0034]所述摄像头I和超声波测距装置2设置在无人飞行器底部;所述超声波测距装置2的测距探头竖直向下;所述陀螺仪3、加速度传感器4和数据处理装置5设置在无人飞行器内部。
[0035]所述无人飞行器实时测速装置还包括平衡检测模块，所述平衡检测模块与数据处理装置5连接。所述平衡检测模块用于检测无人飞行器的平衡状态，且在检测到所述无人飞行器不平衡时输出飞行异常信息至所述数据处理装置，以通过数据处理装置输出飞行控制信号至无人飞行器的飞行驱动模块调整无人机的状态。
[0036]所述无人飞行器实时测速装置还包括设置在无人飞行器底部的警示灯;所述警示灯与数据处理装置5连接。所述警示灯用于数据处理装置接收到飞行异常信息时，开启警示灯闪烁，起警示作用。
[0037]所述无人飞行器实时测速装置还包括电源模块，所述电源模块包括锂电池和电源管理电路;所述电源管理电路与所述锂电池连接，所述电源管理电路分别与所述数据处理装置5、摄像头1、超声波测距装置2、陀螺仪3、加速度传感器4、平衡检测模块和警示灯连接。所述电源管理电路用于将锂电池的电压转换为无人飞行器的各个模块所需的工作电压，并监测所述锂电池的电量。所述电源模块还包括太阳能转换电路，所述太阳能转换电路与所述电源管理电路连接。所述太阳能转换电路在无人飞行器飞行时获取电能，并通过所述电源管理电路将所获取的电能输出给锂电池充电和无人飞行器的各个模块供电。
[0038]本实用新型的无人飞行器实时测速装置的使用方法具体为:
[0039]预设无人飞行器上摄像头的焦距数据f、感光元件尺寸的数据△X和连续两帧图像的时间间隔数据t;设置在无人飞行器上的摄像头获取连续两帧的图像数据，根据Kanade-Lucas-Tomasi算法【如下参考文献I】和块匹配算法【如下参考文献2】对两幅图像计算各像素点的光流，然后采用最大概率统计法，计算出当前时刻图像的光流flow_V;所述光流的计算方法包括但是不限于金字塔模型，Kanade-Lucas-Tomasi算法和块匹配等；参考文献如下:
[0040][I]Shi J，Tomasi C.Good Features to Track[J].Computer Vis1n&PatternRecognit1n.proceedings Cvpr.1eee Computer Societ?1994?volume 84(9):593_600o
[0041][2]Ghanbari M.The cross-search algorithm for mot1n estimat1n!!imagecoding][J].Communicat1ns IEEE Transact1ns on，1990，38(7):950_953o
[0042]获取无人飞行器当前时刻的高度数据h、角加速度数据α和加速度数据a，根据所述焦距数据f、感光元件尺寸的数据△ X、时间间隔数据t、光流f low_v、高度数据h和角加速度数据α，计算得到当前时刻无人飞行器的速度Vl;具体为:将上述的高度数据h、角加速度数据α、焦距数据f、感光元件尺寸的数据Δχ、时间间隔数据t和光流flow_v，代入式I中，计算得到当前时刻无人飞行器的速度Vl;
[0043]vl = (flow_v-a*t*f/A x)/t/f* Δ x*h 式 I;
[0044]其中无人飞行器当前时刻的高度数据h是通过在无人飞行器的底部设置超声波测距装置，所述超声波测距装置包括收发分立的双头超声波和收发合一的单头超声波，通过该超声波测距装置的测距探头可以采集到无人飞行器的底部到地面的高度数据h;
[0045]其中无人飞行器当前时刻的角加速度数据α是通过在无人飞行器上设置陀螺仪3，通过陀螺仪3采集无人飞行器的三轴角加速度数据；
[0046]其中无人飞行器当前时刻的加速度数据a是通过在无人飞行器上设置加速度传感器采集无人飞行器的三轴加速度数据；
[0047]陀螺仪模块和加速度传感器二者集成在无人飞行器中；
[0048]根据计算得到的当前时刻无人飞行器的速度vl、获取的无人飞行器的加速度数据a以及时间间隔数据t，计算得到下一时刻预测的速度；
[0049]具体为:将上述的vl、a和t代入式2，计算得下一时刻预测的速度v2;
[0050]v2 = vl+a*t 式2;
[0051]根据所述时间间隔数据t、高度数据h、焦距数据f、感光元件尺寸数据Δχ以及计算得到的下一时刻预测的速度ν2，计算得到下一时刻的像素距离数据pre_flow_v ；
[0052]具体为:将上述的^八1和￥2代入式3，计算得下一时刻的像素距离数据?作_flow_v；
[0053]所述像素距离的计算公式为:pre_flow_v = v2*t/h*f/A X 式3;
[0054]通过当前时刻的光流数据flow_v和计算得到的下一时刻的像素距离数据pre_flow_v，计算得到下一时刻的光流数据flow_v，；
[0055]具体为:将上述的flow_v代入式4，计算得下一时刻的光流数据f 1w^' ；
[0056]flow_v’=flow_v+pre_flow_v 式 4;
[0057]获取无人飞行器下一时刻的高度数据h’和角加速度数据α’，根据所述时间间隔数据t、焦距数据f、感光元件尺寸数据A X、计算得到的下一时刻的光流数据flow_v’、获取的下一时刻的高度数据h’和角加速度数据α’，计算得到下一时刻的速度。将上述参数代入式I，即可得到下一时刻的精确速度。
[0058]综上所述，本实用新型提供的一种无人飞行器实时测速装置，通过设置在无人飞行器底部的摄像头获取连续两帧的图像数据，再通过数据处理装置进行数据计算得到光流，再结合超声波测距装置可以测得无人飞行器的高度数据、陀螺仪可以测得无人飞行器的角加速度数据、加速度传感器可以测得无人飞行器的加速度数据，通过数据处理装置可计算得到无人飞行器的实时速度。本技术方案采用多种传感器和多个计算模块，实现了无人飞行器速度的实时监测。目前无人飞行器测速方面，精确度较高的是基于GPS数据和飞行器惯导的测速，但是其局限于室外环境，即为能够收到GPS信号的地方。通过采集了无人飞行器的高度、加速度、角加速度等姿态数据，并且结合图像光流算法，计算得到更加精确的实时速度，本技术方案的实施不局限在室外，在室内环境同样可以检测到更加精确的实时速度。
[0059]以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。
【主权项】
1.一种无人飞行器实时测速装置，其特征在于，包括:摄像头、超声波测距装置、陀螺仪、加速度传感器和数据处理装置;所述摄像头、超声波测距装置、陀螺仪和加速度传感器分别与数据处理装置连接； 所述摄像头和超声波测距装置设置在无人飞行器底部;所述超声波测距装置的测距探头竖直向下;所述陀螺仪、加速度传感器和数据处理装置设置在无人飞行器内部。2.根据权利要求1所述的无人飞行器实时测速装置，其特征在于，还包括平衡检测模块，所述平衡检测模块与数据处理装置连接。3.根据权利要求2所述的无人飞行器实时测速装置，其特征在于，还包括设置在无人飞行器底部的警示灯;所述警示灯与数据处理装置连接。4.根据权利要求3所述的无人飞行器实时测速装置，其特征在于，还包括电源模块，所述电源模块包括锂电池和电源管理电路； 所述电源管理电路与所述锂电池连接，所述电源管理电路分别与所述数据处理装置、摄像头、超声波测距装置、陀螺仪、加速度传感器、平衡检测模块和警示灯连接。5.根据权利要求4所述的无人飞行器实时测速装置，其特征在于，所述电源模块还包括太阳能转换电路，所述太阳能转换电路与所述电源管理电路连接。
【文档编号】G01S15/02GK205539050SQ201620197821
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年3月15日
【发明人】高建民
【申请人】深圳市高巨创新科技开发有限公司