一种四旋翼无人机室内定位装置及方法
【专利摘要】本发明公开了一种四旋翼无人机的室内定位装置，该装置包括四旋翼无人机、超声波模块、陀螺仪，所述超声波模块在上层圆板分布有5个超声波模块，其中4个超声波模块每相邻两个呈90°，另一超声波模块在上层圆板的中心位置且开口方向向上，在下层圆板上中心位置放置一个超声波模块，其开口方向向下且与超声波模块在同一垂直面上，陀螺仪固定在上层圆板上，使其X轴方向与其中一个旋翼轴平行，Y轴在相邻旋翼轴平行。一种四旋翼无人机室内定位方法，该方法具有操作容易、计算简单，对于实时性系统的计算资源要求低，在没有GPS的情况下，实现四旋翼无人机室内的定位，而且成本相对较低，更容易实现四旋翼无人机在室内的定位精度。
【专利说明】
一种四旋翼无人机室内定位装置及方法
技术领域
[0001 ]本发明涉及无人机室内定位邻域，尤其涉及一种四旋翼无人机室内定位装置及方法。
【背景技术】
[0002]近年来，四旋翼无人机在地面侦察和监视，情报获取，高压线、地震后的路面情况检查，航拍和成像等方面的作用越来越明显，而四旋翼无人机是一种具有四个输入端和六个自由度的前驱动系统，其结构更加紧凑，机械结构更加简单，而且四旋翼无人机的四个旋翼之间能够互相抵消扭矩，通过控制电机的转速就可以实现对姿态和轨迹的控制。然而，对于四旋翼无人机室内定位的研究却很少，由于室内的GPS信号相比于室外要弱很多，导致四旋翼无人机无法在室内利用GPS进行定位，不利于实现四旋翼无人机在室内的侦察，监控以及室内的环境的监测等。
【发明内容】
[0003]鉴于上述提出的问题，本发明的目的在于提出了一种四旋翼无人机室内定位装置及方法，是一种基于超声波传感器的四旋翼无人机室内定位方法，用于解决四旋翼无人机的室内定位问题。
[0004]本发明为了解决上述问题采用如下技术方案:
[0005]—种四旋翼无人机室内定位装置，包括四旋翼无人机(1)、超声波模块(2)、超声波模块(4)、超声波模块(5)、超声波模块(6)、超声波模块(7)、超声波模块(8)、陀螺仪(3)，所述超声波模块(2)、超声波模块(4)、超声波模块(6)、超声波模块(7)四个模块固定在四旋翼无人机上层圆板(10)位置上，且每两个相邻超声波模块成90°，超声波模块(5)、(8)分别固定在上层圆板(10)和下层圆板(9)上中心位置上，其开口方向分别向上、向下且在同一垂直平面上，陀螺仪(3)固定在上层圆板(10)上，使其X轴方向与其中一个旋翼轴平行，Y轴与相邻旋翼轴平行。
[0006]—种四旋翼无人机室内定位方法，其特征在于，其中分布在上层圆板(10)的超声波模块(2)、(4)、(6)、(7)用于定位四旋翼无人机(I)在室内地平面的位置，分布在上层圆板
(10)和下层圆板(9)上的超声波模块(5)、(8)用于定位垂直于地平面的位置，以达到四旋翼无人机(I)室内空间上的定位，陀螺仪(3)能保证四旋翼无人机(I)的飞行姿态以及超声波模块采集数据的方向，其步骤为:
[0007]I)在上层圆板(10)上与陀螺仪(3)X轴方向平行的一对超声波模块(4)、(7)采集的数据定义为X轴方向上的数据、与陀螺仪(3)Y轴方向平行的一对超声波模块(2)、(6)采集的数据定义为Y轴方向上的数据，上层圆板(10)和下层圆板(9)上的超声波模块(5)、(8)采集的数据定义为Z轴上的数据。
[0008]2)超声波模块(4)、(7)采集的距离为L5、L6，超声波模块(2)、(6)采集的距离为L1、L2，超声波模块(5)、(8)采集的距离为L4、L3，根据上述采集来的数据可以建立以某个墙角为原点的室内空间坐标系，即室内的长、宽、高分别为:L1+L2、L5+L6、L3+L4，室内空间坐标轴以陀螺仪(3)的X、Y轴为基准建立，确立坐标系后，可以得出四旋翼无人机(I)在室内的空间坐标为仏5丄1丄3)。
[0009]本发明的优点:
[0010]1、对于四旋翼无人机的室内定位，该方法具有操作容易、计算简单。
[0011]2、对于实时性系统的计算机资源要求低，从而能够有效将数据发送到上位机上，以达到四旋翼无人机实时的显示当前位置信息。
[0012]3、在没有GPS的情况下，实现四旋翼无人机室内的定位。
[0013]4、该四旋翼无人机定位装置相比于其它四旋翼无人机室内定位装置成本要低，而且更容易实现四旋翼无人机的定位精度。
【附图说明】
[0014]下面结合附图及实施方式对本发明作进一步详细的说明:
[0015]图1为四旋翼无人机结构示意图。
[0016]图2为陀螺仪在四旋翼无人机中的位置图。
[0017]图3为四旋翼无人机室内定位计算方法图。
[0018]图4为四旋翼无人机室内位置实时显示原理图。
【具体实施方式】
[0019]参见图1和图2，一种四旋翼无人机室内定位装置，包括四旋翼无人机(I)、超声波模块(2)、超声波模块(4)、超声波模块(5)、超声波模块(6)、超声波模块(7)、超声波模块
(8)、陀螺仪(3)，所述超声波模块(2)、超声波模块(4)、超声波模块(6)、超声波模
[0020]块(7)四个模块固定在四旋翼无人机上层圆板(10)位置上，且每两个相邻超声波模块成90°，超声波模块(5)、(8)分别固定在上层圆板(10)和下层圆板(9)上中心位置上，其开口方向分别向上、向下且在同一垂直平面上，陀螺仪(3)固定在上层圆板(10)上，使其X轴方向与其中一个旋翼轴平行，Y轴与相邻旋翼轴平行。
[0021]参见图1、图2、图3所示，一种四旋翼无人机室内定位方法，其特征在于，其中分布在上层圆板(10)的超声波模块(2)、(4)、(6)、(7)用于定位四旋翼无人机(I)在室内地平面的位置，分布在上层圆板(10)和下层圆板(9)上的超声波模块(5)、(8)用于定位垂直于地平面的位置，以达到四旋翼无人机(I)室内空间上的定位，陀螺仪(3)能保证四旋翼无人机(I)的飞行姿态以及超声波模块采集数据的方向，其步骤为:
[0022]I)在上层圆板(10)上与陀螺仪(3)Χ轴方向平行的一对超声波模块(4)、(7)采集的数据定义为X轴方向上的数据、与陀螺仪(3)Υ轴方向平行的一对超声波模块(2)、(6)采集的数据定义为Y轴方向上的数据，上层圆板(10)和下层圆板(9)上的超声波模块(5)、(8)采集的数据定义为Z轴上的数据。
[0023]2)超声波模块(4)、(7)采集的距离为L5、L6，超声波模块(2)、(6)采集的距离为L1、L2，超声波模块(5)、(8)采集的距离为L4、L3，根据上述采集来的数据可以建立以某个墙角为原点的室内空间坐标系，即室内的长、宽、高分别为:L1+L2、L5+L6、L3+L4，
[0024]室内空间坐标轴以陀螺仪(3)的X、Y轴为基准建立，确立坐标系后，可以得出四旋翼无人机(I)在室内的空间坐标为(L5，LI，L3)。
[0025]参见图4所示，四旋翼无人机室内位置实时显示原理图，所述四旋翼无人机飞控板采用的控制器为STM32F103VCT6单片机，用于控制四旋翼无人机的姿态，数据的处理，数据信息的发送与接收；电调模块完成四旋翼无人机无刷电机的驱动运转;惯性导航模块由加速度计模块、陀螺仪模块、电子罗盘模块组成，完成四旋翼无人机的姿态测量，为其平稳飞行提供信息反馈;超声波模块测量四旋翼无人机在室内当前的位置信息;无线通信模块采用NRF24L01，该模块通过SPI通讯方式与单片机通讯，能将超声波模块采集来的数据传输到上位机上的接收模块，在上位机上通过对接收过来的数据进行数据处理，以达到四旋翼无人机室内位置实时地动态显示。
【主权项】
1.一种四旋翼无人机室内定位装置，包括四旋翼无人机(I)、超声波模块(2)、超声波模块(4)、超声波模块(5)、超声波模块(6)、超声波模块(7)、超声波模块(8)、陀螺仪(3)，所述超声波模块(2)、超声波模块(4)、超声波模块(6)、超声波模块(7)四个模块固定在四旋翼无人机上层圆板(10)位置上，且每两个相邻超声波模块成90，超声波模块(5)、(8)分别固定在上层圆板(10)和下层圆板(9)上中心位置上，其开口方向分别向上、向下且在同一垂直平面上，陀螺仪(3)固定在上层圆板(10)上，使其X轴方向与其中一个旋翼轴平行，Y轴与相邻旋翼轴平行。2.—种四旋翼无人机室内定位方法，其特征在于，其中分布在上层圆板(10)的超声波模块(2)、(4)、(6)、(7)用于定位四旋翼无人机(I)在室内地平面的位置，分布在上层圆板(10)和下层圆板(9)上的超声波模块(5)、(8)用于定位垂直于地平面的位置，以达到四旋翼无人机(I)室内空间上的定位，陀螺仪(3)能保证四旋翼无人机(I)的飞行姿态以及超声波模块采集数据的方向，其步骤为: 1)在上层圆板(10)上与陀螺仪(3)X轴方向平行的一对超声波模块(4)、(7)采集的数据定义为X轴方向上的数据、与陀螺仪(3)Y轴方向平行的一对超声波模块(2)、(6)采集的数据定义为Y轴方向上的数据，上层圆板(10)和下层圆板(9)上的超声波模块(5)、(8)采集的数据定义为Z轴上的数据； 2)超声波模块(4)、(7)采集的距离为L5、L6，超声波模块(2)、(6)采集的距离为L1、L2，超声波模块(5)、(8)采集的距离为L4、L3，根据上述采集来的数据可以建立以某个墙角为原点的室内空间坐标系，即室内的长、宽、高分别为:L1+L2、L5+L6、L3+L4，室内空间坐标轴以陀螺仪(3)的X、Y轴为基准建立，确立坐标系后，可以得出四旋翼无人机(I)在室内的空间坐标为(L5，L1，L3)。
【文档编号】G01C21/16GK106093865SQ201610538663
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年7月8日
【发明人】雷斌, 徐鹏成, 周亮, 易文, 陈浩, 蒋林
【申请人】武汉科技大学