无人机飞行控制系统和方法与流程

本发明涉及无人机飞行控制技术领域，特别涉及一种无人机飞行控制系统。本发明还涉及一种基于该无人机飞行控制系统的无人机飞行控制方法。

背景技术：

随着现代科技的飞速发展，农林领域的自动化需求也越来越高，我国林业资源分布非常广泛，林业自动化程度的高低，是关系到国计民生的重大问题。目前，无人机已经应用到工业及民用生活的诸多领域，例如可使用无人机进行航拍、测绘及物品传递等，随着各种需求的不断上升，无人机的技术质量也在逐渐进步，但在无人机的控制模式上，现有的无人机仍为采用人工远程操控，或利用GPS进行自动导航，无人机不具备对周边环境进行识别以进行自动飞行的能力，这就对无人机的应用造成了一定的局限。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明旨在提出一种无人机飞行控制系统，以能够使无人机识别周边环境而进行自动飞行。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种无人机飞行控制系统，其包括：

主控单元，形成对无人机的动力装置的控制，以控制所述无人机的飞行姿态；

图像采集单元，分布在所述无人机的四周，以采集所述无人机四周的图像信息，并将该图像信息实时传送给所述主控单元；

超声波测距单元，分布于所述无人机的四周，以对所述无人机和四周障碍物之间距离进行检测，并将检测的超声波信号实时发送给主控单元；

阈值存储模块，与所述主控单元相连，所述阈值存储模块存储有距离阈值，所述超声波测距单元检测的无人机当前飞行方向的距离值小于所述距离阈值时，所述主控单元控制所述动力装置，以改变所述无人机的飞行姿态。

进一步的，于所述主控单元上连接有换向阈值存储模块，所述换向阈值存储模块内存储有换向距离阈值；所述换向距离阈值大于所述距离阈值。

进一步的，于所述主控单元上连接有图像处理模块，所述图像处理模块对各所述图像采集单元采集的实时图像信息进行处理，而获取所述无人机的速度信息。

进一步的，于所述无人机的底部设有与所述主控单元相连的底部超声波传感器。

进一步的，所述无人机各侧的所述超声波测距单元为靠近于所述无人机中部布置的两个，各侧的所述图像采集单元为分置在所述超声波测距单元两侧的两个。

相对于现有技术，本发明具有以下优势：

本发明的无人机飞行控制系统，通过图像采集单元进行摄像，可用于所需信息的采集，通过超声波测距单元及阈值存储模块的设置，可利用超声波测距单元检测的障碍物距离与存储的距离阈值的比较实现对无人机飞行姿态的控制，从而可实现无人机对周边环境的识别以自动调整飞行姿态而进行自动飞行。

本发明的另一目的在于提出一种无人机飞行控制方法，该方法包括如下步骤：

距离采集步骤，超声波测距单元实时检测无人机四周障碍物的距离，并将检测的超声波信号发送给主控单元；

图像采集步骤，图像采集单元采集所述无人机四周的图像信息，并将该图像信息实时传送给所述主控单元；

飞行姿态控制步骤，所述主控单元对所述无人机飞行方向上的所述超声波测距单元检测的距离值与阈值存储模块中存储的距离阈值比对，当所述超声波测距单元检测的距离值小于所述距离阈值时，所述主控单元改变所述无人机的飞行方向。

进一步的，在所述飞行姿态控制步骤中，所述主控单元改变所述无人机的飞行方向之前，形成有飞行方向决策步骤：所述主控单元将其他所述超声波测距单元检测的距离值与换向阈值存储模块存储的换向距离阈值比对，以决策所述无人机的飞行方向。

本发明的无人机飞行控制方法能够实现对周边环境的识别，使无人机自动调整飞行姿态而实现自动飞行，可使无人机在无人工操作及GPS导航的情形下，也能够进行使用，从而可提升无人机的使用性能。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例所述的无人机飞行控制系统的结构框图；

图2为本发明实施例所述的图像采集单元及超声波测距单元的布置结构图；

图3为本发明实施例所述的图像采集单元和超声波测距单元在无人机上的布置示意图；

附图标记说明：

1-主控单元，2-图像采集单元，3-超声波测距单元，4-阈值存储模块，5-换向阈值存储模块，6-图像处理模块，7-安装架，8-超声波传感器，9-摄像头，10-无人机。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

本实施例涉及一种无人机飞行控制系统，如图1中所示，其包括主控单元1，主控单元1形成对无人机的动力装置的控制，以控制无人机的飞行姿态，该控制系统还包括分布在无人机的四周，以采集无人机四周的图像信息，并将采集的图像信息实时传送给主控单元1的图像采集单元2，分布于无人机的四周，以对无人机和四周障碍物之间距离进行检测，并将检测的超声波信号实时发送给主控单元1的超声波测距单元3，以及与主控单元1相连的阈值存储模块4，在阈值存储模块4内存储有距离阈值，且当超声波测距单元3检测的无人机当前飞行方向的距离值小于上述的距离阈值时，由主控单元1控制动力装置，以改变无人机的飞行姿态。

本实施例中，在主控单元1上也连接有换向阈值存储模块5，在换向阈值存储模块5内存储有换向距离阈值，且该换向距离阈值大于前述存储于阈值存储模块4内的距离阈值。除了换向阈值存储模块5，在主控单元1上进一步连接有图像处理模块6，通过该图像处理模块6可对各图像采集单元2采集的图像信息进行处理，以能够获取无人机的速度信息。

本实施例中基于如上的整体结构，在具体设计上主控单元1采用安装于无人机上的具有数据处理能力的可编程控制器便可，无人机的结构以及使无人机飞行并可调整无人机飞行姿态的动力装置均采用现有无人机的相关结构即可，本方案仅针对无人机控制方面进行阐述。如图2中所示，本实施例中图像采集单元2采用摄像头9，而超声波测距单元则采用超声波传感器8，超声波传感器8和摄像头9固定于安装架7上，以进行在无人机上的安装。为获得更好的图像采集和测距效果，安装架7上的超声波传感器8及摄像头9均设置为两个，且两个超声波传感器8靠近中间布置，以在安装于无人机上时位于无人机的中部，而两个摄像头9则分别设置在超声波传感器8的两侧。

固定于安装架7上的图像采集单元2和超声波测距单元3在无人机上的安装如图3中所示，四个安装架7分布于无人机10的四周，安装完成后的各图像采集单元2及超声波测距单元3的中心与无人机10的中心重合，如此可便于根据无人机10的尺寸对各采集单元或测距单元进行标定。本实施例中除了安装于无人机10四周的超声波测距单元3，在无人机10的顶部也安装有一个超声波传感器8，通过该超声波传感器8可对无人机10的飞行高度进行测量。

本实施例中无人机10在使用时，对于图像处理模块6，其具体将各摄像头9采集的图像分别生成灰度图，并可通过现有的光流法对图像进行处理，以获得无人机10和障碍物的相对速度。利用光流法不仅可获得无人机的运动信息，而且光流中也携带了有关无人机四周环境的三维结构信息，从而也可为无人机10的飞行提供定位信息。

本实施例中，无人机10在飞行时，无人机10四周的超声波传感器8实时检测四周障碍物的距离，并将检测的超声波信号传送给主控单元1，摄像头9则采集无人机10四周的图像信息，且也将图像信息实时传送给主控单元1，主控单元1通过对其飞行方向上的超声波传感器8所检测的距离值与阈值存储模块4中的距离阈值进行比对，便可在该超声波传感器8检测到的距离值小于所储存的距离阈值时，由主控单元1控制改变无人机10的飞行方向。

当需要改变无人机10的飞行方向时，主控单元1可根据其它方向超声波传感器8的检测值而进行飞行方向的决策，具体上主控单元1将其它方向超声波传感器8所检测的障碍物距离值与换向阈值存储模块5内所存储的换向距离阈值进行比对，再决定无人机10调整至哪个方向飞行，如其可选为障碍物最远的方向进行飞行。

本实施例的无人机飞行控制系统，通过图像采集单元2进行摄像，可用于所需信息的采集，并可获得无人机10的速度信息，通过超声波测距单元3及阈值存储模块4的设置，可利用超声波测距单元3检测的障碍物距离与存储的距离阈值的比较实现对无人机飞行姿态的控制，从而可实现无人机对周边环境的识别以自动调整飞行姿态而进行自动飞行。本无人机飞行控制系统可使无人机10在无人工操作及GPS导航的情形下，也能够进行使用，从而可提升无人机10的使用性能。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。