一种基于超声波感应的四轴飞行器自动避障系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种基于超声波感应的四轴飞行器自动避障系统，包括飞控模块、遥控模块、障碍物检测模块以及陀螺仪模块，所述的飞控模块分别与遥控模块、障碍物检测模块以及陀螺仪模块连接，所述的障碍物检测模块包括超声波传感器。与现有技术相比，本实用新型具有避障效果好、安全性高等优点。
【专利说明】
一种基于超声波感应的四轴飞行器自动避障系统
技术领域
[0001]本实用新型涉及一种四轴飞行器自动避障系统，尤其是涉及一种基于超声波感应的四轴飞行器自动避障系统。
【背景技术】
[0002]四轴飞行器是一种具有四个对称旋翼的微型无人飞行器，利用空气动力学来实现飞行，结构简单、重量轻。四轴飞行器的应用非常广泛，可应用与环境监测、低空侦查、信号中继、通讯干扰、小型货物运送等领域。
[0003]在复杂环境中飞行，遇到障碍物时，通过人为操纵飞行器不断改变飞行状态避开障碍物难度较大，在飞行中由于操作不当导致飞行器损毁的情况时有发生，人为操作避障可靠性差、可行性低。
[0004]随着空气动力学、自动控制理论、计算机技术的不断发展，尤其是传感器技术和智能控制技术的不断成熟，为四轴飞行器的自主飞行提供了技术支持。
【实用新型内容】
[0005]本实用新型的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于超声波感应的四轴飞行器自动避障系统，解决了飞行器在复杂环境中人为操作飞行器避开障碍物过程中，由于操作不当导致的飞行器损毁的问题。
[0006]本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现:
[0007]—种基于超声波感应的四轴飞行器自动避障系统，其特征在于，包括飞控模块、遥控模块、障碍物检测模块以及陀螺仪模块，所述的飞控模块分别与遥控模块、障碍物检测模块以及陀螺仪模块连接，所述的障碍物检测模块包括超声波传感器。
[0008]所述的飞控模块包括机架以及固定在机架上的控制板，该控制板包括处理器、接收机、无刷电机驱动单元和无刷电机，所述的处理器分别与接收机、无刷电机驱动单元、超声波传感器以及陀螺仪模块连接，所述的接收机与遥控模块连接。
[0009]所述的处理器为STM32F4单片机。
[0010]所述的接收机通过2.4G无线通讯网络与遥控模块连接。
[0011]所述的机架底部设有减震起落架。
[0012]所述的超声波传感器为HY-SRF05超声波传感器，并设有六路，分别对应前、后、左、右、上、下的六个方向。
[0013]与现有技术相比，本实用新型具有以下优点:
[0014]1、避障效果好，本实用新型所述自动避障系统，采用6路超声波模块，同时对障碍物位置进行检测，实现对障碍物位置的精准计算；
[0015]2、安全性高，本实用新型所述的自动避障可以使飞行器避免人为操作导致的飞行器碰撞损毁，大大提高了飞行器在飞行过程中的安全系数，为飞行器的飞行任务的顺利进行提供了保障。
【附图说明】
[0016]图1为本实用新型的结构示意图。
【具体实施方式】
[0017]下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明。
[0018]实施例
[0019]如图1所示，一种基于超声波感应的四轴飞行器自动避障系统，包括飞控模块、遥控模块4、障碍物检测模块2以及陀螺仪模块3，所述的飞控模块分别与遥控模块、障碍物检测模块2以及陀螺仪模块3连接，所述的障碍物检测模块2包括超声波传感器。
[0020]所述的飞控模块包括机架以及固定在机架上的控制板，该控制板包括处理器1、接收机5、无刷电机驱动单元6和无刷电机7，所述的处理器I分别与接收机5、无刷电机驱动单元6、超声波传感器2以及陀螺仪模块3连接，所述的接收机5与遥控模块4连接。
[0021]所述的处理器I为STM32F4单片机，用于控制整个飞行器的正常飞行，协调各个模块工作，处理超声波传感器所获的障碍物信息，实现飞行器稳定飞行并自动避障。
[0022]所述陀螺仪模块，用于姿态解算，协助处理器控制飞机平稳。
[0023]所述超声波传感器，用于收发超声波信号，检测障碍物位置，将数据返回给处理器。
[0024]所述的接收机5通过2.4G无线通讯网络与遥控模块4连接，进行解码，并且输出对应PWM波给单片机。
[0025]所述的机架采用碳纤材料制成负载能力大，底部带有两个减震起落架，起落架的减震泡沫，确保飞行器能安全降落，起到很好的缓冲作用。电池为飞行器提供电能，电池计量计能在电池电量不足是发出报警，及时令飞行器降落，确保飞行器不会因为电量过低坠落。
[0026]上述各个模块结合利用姿态获取技术，PID电机控制技术，2.4G无线通讯技术和高速无刷电机驱动技术，实现四周飞行器四个电机的精准控制。结合6路超声波传感器返回的数据，自动判断障碍物位置，实现自动避障。
[0027]飞控模块采用STM32F407作为主控芯片，控制板和机架一体设计增强系统稳定性。遥控模块采用摇杆操作输入使操作体验极佳。控制板和遥控器之间采用2.4G无线通讯模块保证数据稳定传输，遥控器8向遥控输入，选择其中的6个方向作为输入，产生对应的3路独立信号，经过接收机解码之后，输出对应的3路独立PWM波，每路PWM波控制两个方向，控制板首先通过陀螺仪数据和PID实现机身平稳。障碍检测模块选用HY-SRF05超声波传感器，该传感器性能能稳定，盲区小，非常适合本设计。通过6路超声波模块精准确定障碍物位置。测量数据经过控制板处理之后，处理器发出相应的指令，接收机接收处理器发出的2.4G无线信号，根据PWM波占空比通过电机驱动控制电机转动状态，(我们使用的是转速精准的X2212kv980无刷电机)。6路超声波模块，每路模块检测一个方向，6个方向分别为前、后、左、右、上、下，飞控系统时时检测6路模块，当遥控器下达向某一方向前进命令时候，若该方向上没有障碍物，则飞机正常行驶，若直到目的地都没有障碍物，则飞机一直行驶。若当飞机前进方向上有障碍物时候，利用6路传感器返回值，计算前方障碍物位置，形态，并且自动计算避障路线，并且自动绕过障碍物，绕过障碍物之后，自动回到原来的运动直线上，若前方没有障碍物，则继续前行，若再次遇到障碍物，则重新计算避障路线，直至到达目的地。
【主权项】
1.一种基于超声波感应的四轴飞行器自动避障系统，其特征在于，包括飞控模块、遥控模块、障碍物检测模块以及陀螺仪模块，所述的飞控模块分别与遥控模块、障碍物检测模块以及陀螺仪模块连接，所述的障碍物检测模块包括超声波传感器。2.根据权利要求1所述的四轴飞行器自动避障系统，其特征在于，所述的飞控模块包括机架以及固定在机架上的控制板，该控制板包括处理器、接收机、无刷电机驱动单元和无刷电机，所述的处理器分别与接收机、无刷电机驱动单元、超声波传感器以及陀螺仪模块连接，所述的接收机与遥控模块连接。3.根据权利要求2所述的四轴飞行器自动避障系统，其特征在于，所述的处理器为STM32F4单片机。4.根据权利要求2所述的四轴飞行器自动避障系统，其特征在于，所述的接收机通过2.4G无线通讯网络与遥控模块连接。5.根据权利要求2所述的四轴飞行器自动避障系统，其特征在于，所述的机架底部设有减震起落架。6.根据权利要求1所述的四轴飞行器自动避障系统，其特征在于，所述的超声波传感器为HY-SRF05超声波传感器，并设有六路，分别对应前、后、左、右、上、下的六个方向。
【文档编号】G05D1/10GK205507549SQ201620126182
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2016年2月18日
【发明人】李润宁, 孙光阔, 缪月琴, 陶心怡, 巫俊灵
【申请人】上海工程技术大学