一种多旋翼飞行机器人的高性能控制与计算系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了属于无人机控制和智能应用【技术领域】的一种多旋翼飞行机器人的高性能控制与计算系统。该高性能计算与控制系统包括由计算处理器、多模式启动电路、电源管理模块、外部存储模块、USB接口模块、图形界面接口输出模块、摄像头模块和第一电源模块组成的计算处理模块和由第二电源模块、微控制器、惯性测量模块、导航模块和AD数模转换模块组成的飞行控制器模块。本发明将飞行控制模块与计算处理模块通过数据总线直接耦合，脱离了地面站，于多旋翼飞行机器人上直接进行视频数据的处理和算法的应用，可以实现对多旋翼飞行机器人更多的智能控制，大大扩展了多旋翼飞行机器人的应用领域，提高了计算的效率，增强了可靠性。
【专利说明】一种多旋翼飞行机器人的高性能控制与计算系统
【技术领域】
[0001]本发明属于无人机控制和智能应用【技术领域】，特别涉及一种多旋翼飞行机器人的高性能控制与计算系统。
【背景技术】
[0002]无人飞行器是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵的不载人的飞机，它可以在遥控人员的遥控下起飞。多旋翼飞行机器人属于无人飞行器的一种。现有的无人飞行器大多数是由地面控制系统和无人飞行器上的机载飞控系统控制，受地面站影响大。同时随着计算机视觉和智能控制算法的发展，以及嵌入式技术的进步，越来越多的基于计算机视觉和图像的控制算法被应用于无人飞行器上，这就需要一种计算能力强大，体积小巧，性能稳定，功耗低的嵌入式计算与控制系统，脱离地面站影响，实现对无人飞行器的智能控制。因此，设计一种高安全性和高稳定性的飞行控制系统成为一种迫切需求。
【发明内容】
[0003]针对上述现有技术存在的问题，本发明提出一种多旋翼飞行机器人的高性能控制与计算系统，该高性能计算与控制系统包括计算处理模块I和飞行控制器模块2，计算处理模块I和飞行控制器模块2通过数据总线3耦合连接；
[0004]所述计算处理模块I由计算处理器4、多模式启动电路5、电源管理模块6、外部存储模块7、USB接口模块8、图形界面接口输出模块9、摄像头模块10和第一电源模块11组成；
[0005]所述飞行控制器模块2由微控制器12、惯性测量模块13、导航模块14、AD数模转换模块15和第二电源模块16组成；
[0006]计算处理器4是计算处理模块I的控制和计算核心，通过处理摄像头模块10采集到的视频信息，获得多旋翼飞行机器人的飞行控制信息，将其传给微控制器12，实现对多旋翼飞行机器人的飞行控制；微控制器12将飞行控制信息成功传输的反馈信息回传给计算处理模块I ;
[0007]多模式启动电路5与计算处理器4相连接，实现计算处理模块I的启动模式选择；
[0008]电源管理模块6与计算处理器4相连接，实现对计算处理模块I的电源管理；
[0009]外部存储模块7与计算处理器4相连接，外接存储介质，用于存储整个系统中的嵌入式操作系统和用户应用数据；
[0010]USB接口模块8与计算处理器4相连接，外接USB设备，为整个系统充电；
[0011]图形界面接口输出模块9与计算处理器4连接，输出嵌入式操作系统的图形界面；
[0012]摄像头模块10与计算处理器4连接，采集多旋翼飞行机器人飞行环境中的视频数据；
[0013]第一电源模块11与计算处理器4相连接，为计算处理模块I供电；[0014]微控制器12是飞行控制模块2的核心，实现对多旋翼飞行机器人飞行姿态的控制；
[0015]惯性测量模块13与微控制器12连接，检测多旋翼飞行机器人在多旋翼飞行机器人坐标系中的三轴加速度信号和相对于导航坐标系的角速度信号，解算出多旋翼飞行机器人的姿态；
[0016]导航模块14与微控制器12连接，接收处理经纬度数据，实现多旋翼飞行机器人的导航；
[0017]AD数模转换模块15与微控制器12连接，将惯性测量模块13检测到的模拟信号转换为数字信号；
[0018]第二电源模块16与微控制器12连接，为飞行控制器模块2供电。
[0019]所述飞行控制信息包括多旋翼飞行机器人的飞仰角，横滚角，偏航角的角度控制量。
[0020]所述计算处理器4采用双核处理器。
[0021]所述多模式启动电路5采用上拉电阻组成二进制逻辑组合。
[0022]所述微控制器12采用8/16/32位单片机。
[0023]发明的有益效果:本发明将飞行控制模块与高性能计算模块直接耦合，脱离了地面站，于多旋翼飞行机器人上直接进行视频数据的处理和算法的应用，可以实现对多旋翼飞行机器人更多的智能控制，大大扩展了多旋翼飞行机器人的应用领域，提高了计算的效率，增强了可靠性。
【专利附图】
【附图说明】
[0024]图1是本发明中多旋翼飞行机器人的高性能控制与计算系统的结构图。
【具体实施方式】
[0025]下面结合附图对本发明做进一步的说明。
[0026]如图1所示为本发明中多旋翼飞行机器人的高性能控制与计算系统的结构图。该高性能计算与控制系统包括计算处理模块I和飞行控制器模块2，计算处理模块I和飞行控制器模块2通过数据总线3耦合连接；
[0027]计算处理模块I由计算处理器4、多模式启动电路5、电源管理模块6、外部存储模块7、USB接口模块8、图形界面接口输出模块9、摄像头模块10和第一电源模块11组成。
[0028]飞行控制器模块2由微控制器12、惯性测量模块13、导航模块14、AD数模转换模块15和第二电源模块16组成。
[0029]计算处理器4是计算处理模块I的控制和计算核心，通过处理摄像头模块10采集到的视频信息，获得多旋翼飞行机器人的飞行控制信息，将其传给微控制器12，实现对多旋翼飞行机器人的飞行控制；微控制器12将飞行控制信息成功传输的反馈信息回传给计算处理模块I ;计算处理器4采用双核处理器。
[0030]飞行控制信息包括多旋翼飞行机器人的飞仰角，横滚角，偏航角的角度控制量。
[0031]多模式启动电路5与计算处理器4相连接，实现计算处理模块I的启动模式选择；启动模式根据具体的处理器型号而定，比如:从flash启动、从系统内存启动、从SRAM(静态随机存储器)启动。多模式启动电路5采用上拉电阻组成二进制逻辑组合。
[0032]电源管理模块6与计算处理器4相连接，实现对计算处理模块I的电源管理。电源管理的形式根据具体的处理器型号而定，比如进入省电模式或休眠模式。
[0033]外部存储模块7与计算处理器4相连接，外接存储介质，用于整个系统中的存储嵌入式操作系统和用户应用数据。
[0034]USB接口模块8与计算处理器4相连接，外接USB设备，为整个系统充电。
[0035]图形界面接口输出模块9与计算处理器4连接，输出嵌入式操作系统的图形界面。
[0036]摄像头模块10与计算处理器4连接，采集多旋翼飞行机器人飞行环境中的视频数据。
[0037]第一电源模块11与计算处理器4相连接，为计算处理模块I供电。
[0038]微控制器12是飞行控制模块2的核心，实现对多旋翼飞行机器人飞行姿态的控制；微控制器12采用8/16/32位单片机。
[0039]惯性测量模块13与微控制器12连接，检测多旋翼飞行机器人在多旋翼飞行机器人坐标系中的三轴加速度信号和相对于导航坐标系的角速度信号，解算出多旋翼飞行机器人的姿态。
[0040]导航模块14与微控制器12连接，接收处理经纬度数据，实现多旋翼飞行机器人的导航。
[0041]AD数模转换模块15与微控制器12连接，将惯性测量模块13检测到的模拟信号转换为数字信号。
[0042]第二电源模块16与微控制器12连接，为飞行控制器模块2供电。
[0043]以上所述，仅为本发明较佳的【具体实施方式】，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本【技术领域】的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
【权利要求】
1.一种多旋翼飞行机器人的高性能控制与计算系统，其特征在于，该高性能计算与控制系统包括计算处理模块(I)和飞行控制器模块(2)，计算处理模块(I)和飞行控制器模块(2)通过数据总线(3)耦合连接； 所述计算处理模块(I)由计算处理器(4)、多模式启动电路(5)、电源管理模块(6)、外部存储模块(7 )、USB接口模块(8 )、图形界面接口输出模块(9 )、摄像头模块(10 )和第一电源模块(11)组成； 所述飞行控制器模块(2)由微控制器(12)、惯性测量模块(13)、导航模块(14)、AD数模转换模块(15)和第二电源模块(16)组成； 计算处理器(4)是计算处理模块(I)的控制和计算核心，通过处理摄像头模块(10)采集到的视频信息，获得多旋翼飞行机器人的飞行控制信息，将其传给微控制器(12)，实现对多旋翼飞行机器人的飞行控制；微控制器(12)将飞行控制信息成功传输的反馈信息回传给计算处理模块(I)； 多模式启动电路(5)与计算处理器(4)相连接，实现计算处理模块(I)的启动模式选择； 电源管理模块(6)与计算处理器(4)相连接，实现对计算处理模块(I)的电源管理；外部存储模块(7)与计算处理器(4)相连接，外接存储介质，用于存储整个系统中的嵌入式操作系统和用户应用数据； USB接口模块(8)与计算处理器(4)相连接，外接USB设备，为整个系统充电； 图形界面接口输出模块(9)与计算处理器(4)连接，输出嵌入式操作系统的图形界面； 摄像头模块(10)与计算处理器(4)连接，采集多旋翼飞行机器人飞行环境中的视频数据； 第一电源模块(11)与计算处理器(4)相连接，为计算处理模块(I)供电； 微控制器(12)是飞行控制模块(2)的核心，实现对多旋翼飞行机器人飞行姿态的控制；惯性测量模块(13)与微控制器(12)连接，检测多旋翼飞行机器人在多旋翼飞行机器人坐标系中的三轴加速度信号和相对于导航坐标系的角速度信号，解算出多旋翼飞行机器人的姿态； 导航模块(14)与微控制器(12)连接，接收处理经纬度数据，实现多旋翼飞行机器人的导航； AD数模转换模块(15)与微控制器(12)连接，将惯性测量模块(13)检测到的模拟信号转换为数字信号； 第二电源模块(16 )与微控制器(12 )连接，为飞行控制器模块(2 )供电。
2.根据权利要求1所述的一种多旋翼飞行机器人的高性能控制与计算系统，其特征在于，所述飞行控制信息包括多旋翼飞行机器人的飞仰角，横滚角，偏航角的角度控制量。
3.根据权利要求1所述的一种多旋翼飞行机器人的高性能控制与计算系统，其特征在于，所述计算处理器(4 )采用双核处理器。
4.根据权利要求1所述的一种多旋翼飞行机器人的高性能控制与计算系统，其特征在于，所述多模式启动电路(5 )采用上拉电阻组成二进制逻辑组合。
5.根据权利要求1所述的一种多旋翼飞行机器人的高性能控制与计算系统，其特征在于，所述微控制器(12)采用8/16/32位单片机。
【文档编号】G05D1/08GK103853158SQ201410099221
【公开日】2014年6月11日 申请日期:2014年3月17日 优先权日:2014年3月17日
【发明者】柳长安, 吴华, 刘阳, 刘春阳, 杨国田 申请人:华北电力大学