基于飞行器的视觉导航与惯性导航的组合导航装置的制作方法

本实用新型属于飞行导航技术领域，具体涉及一种基于飞行器的视觉导航与惯性导航的组合导航装置。

背景技术：

飞行器具有机械结构简单、运动灵活、姿态多样、可扩展性好和易维护等优点，因而在勘探、测绘、救援、航拍等领域扮演越来越重要的角色。而这些领域无一不要求相当高的精确性、可靠性和自主性，现有的飞行器导航装置导航方式单一，控制复杂，采集飞行器飞行参数误差大，数据处理繁琐，且飞行器自身自重较大，严重消耗飞行器自带电能，缩短飞行时间，因此，现如今缺少一种结构简单、自重轻、数据采集精度高的基于飞行器的视觉导航与惯性导航的组合导航装置，通过镂空结构减少机身自重，采用四轴式飞行器结构，控制简单，飞行平稳，通过声呐传感器与气压计的结合时间飞行器高度的采集，避免翼地效应对飞行器造成的干扰，提高数据采集控制的精度。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种基于飞行器的视觉导航与惯性导航的组合导航装置，可通过视觉导航与惯性导航的方式完成飞行器导航工作，自重轻，精度高，便于推广使用。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：基于飞行器的视觉导航与惯性导航的组合导航装置，其特征在于：包括飞行器、安装在所述飞行器底部的探测单元和安装在所述飞行器顶部用于驱动所述飞行器运行的飞行器控制单元，以及用于远程遥控所述飞行器的地面监测中心，所述飞行器为四轴飞行器，所述四轴飞行器包括矩形镂空的机身和四个分别沿机身的四个直角所指方向向外安装的镂空的机翼，机翼远离机身的一端安装有螺旋桨，所述探测单元包括高清摄像头以及均用于采集所述飞行器相对地面飞行高度的声呐传感器和气压计，飞行器控制单元包括处理器和蓄电池，以及均与处理器相接的存储器、定时器和用于与地面监测中心数据传输的无线通信模块，处理器的输入端接有避障模块和用于采集所述飞行器飞行姿态的惯性传感器，处理器的输出端接有用于驱动螺旋桨转动的电机。

上述的基于飞行器的视觉导航与惯性导航的组合导航装置，其特征在于：所述处理器采用电机驱动器驱动电机转动。

上述的基于飞行器的视觉导航与惯性导航的组合导航装置，其特征在于：所述螺旋桨上安装有用于指示所述飞行器位置的照明指示灯，照明指示灯的输入端与处理器的输出端相接。

上述的基于飞行器的视觉导航与惯性导航的组合导航装置，其特征在于：所述地面监测中心输出端接有用于显示所述飞行器飞行路径的显示器，地面监测中心为计算机。

上述的基于飞行器的视觉导航与惯性导航的组合导航装置，其特征在于：所述惯性传感器为惯性传感器MPU6050。

本实用新型与现有技术相比具有以下优点：

1、本实用新型采用高清摄像头和惯性传感器，并结合声呐传感器和气压计采集飞行器实时飞行高度，实现飞行器视觉导航与惯性导航结合的方式完成飞行器导航工作，气压计适用于远地高度测量，声呐传感器适用于近地高度测量，声呐传感器的使用避免了由于飞行器近地飞行产生的翼地效应而导致的飞行器高度数据测量不准的问题，便于推广使用。

2、本实用新型飞行器采用四轴飞行器，飞行平稳，控制简单，通过镂空的机身设计减少机身自重，进而减少蓄电池电能的消耗，延长了飞行器飞行时间，可靠稳定，使用效果好。

3、本实用新型设计新颖合理，体积小，飞行器飞行过程中通过避障模块躲避飞行器在空中飞行的障碍物，避免飞行器飞行中与阻而导致损坏，实用性强，便于推广使用。

综上所述，本实用新型设计新颖合理，可通过视觉导航与惯性导航的方式完成飞行器导航工作，自重轻，精度高，便于推广使用。

下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

图2为本实用新型的电路原理框图。

附图标记说明:

1—机身； 2—机翼； 3—螺旋桨；

4—飞行器控制单元； 4-1—处理器； 4-2—蓄电池；

4-3—电机驱动器； 4-4—电机； 4-5—定时器；

4-6—存储器； 4-7—无线通信模块； 5—高清摄像头；

6—声呐传感器； 7—气压计； 8—惯性传感器；

9—避障模块； 10—照明指示灯； 11—地面监测中心；

12—显示器。

具体实施方式

如图1和图2所示，本实用新型包括飞行器、安装在所述飞行器底部的探测单元和安装在所述飞行器顶部用于驱动所述飞行器运行的飞行器控制单元4，以及用于远程遥控所述飞行器的地面监测中心11，所述飞行器为四轴飞行器，所述四轴飞行器包括矩形镂空的机身1和四个分别沿机身1的四个直角所指方向向外安装的镂空的机翼2，机翼2远离机身1的一端安装有螺旋桨3，所述探测单元包括高清摄像头5以及均用于采集所述飞行器相对地面飞行高度的声呐传感器6和气压计7，飞行器控制单元4包括处理器4-1和蓄电池4-2，以及均与处理器4-1相接的存储器4-6、定时器4-5和用于与地面监测中心11数据传输的无线通信模块4-7，处理器4-1的输入端接有避障模块9和用于采集所述飞行器飞行姿态的惯性传感器8，处理器4-1的输出端接有用于驱动螺旋桨3转动的电机4-4。

探测单元安装在所述飞行器底部是为了采集地面信息，便于拾取飞行器下部参考物，实现导航数据参考对比，所述飞行器采用四轴飞行器是为了方便控制飞行器飞行平衡，易于控制，四轴飞行器的机身1采用矩形镂空结构，四轴飞行器的机翼2也采用镂空结构，是为了实现四轴飞行器整体自重的减小，减少螺旋桨起飞的阻力，同时减少电机4-4功耗，进而减少蓄电池4-2电能的消耗，延长飞行器飞行续航时间，四个机翼2分别沿机身1的四个直角所指方向向外安装，是为了更好的使用矩形机身1有效面积，增大机翼2与机身1连接的面积，增加飞行器牢固性，优选的机身1采用正方形结构，实现飞行器整理结构对称，制作简单。

高清摄像头5采集飞行器飞行过程中地面的图像数据，并通过无线通信模块4-7远程传输回地面监测中心11，采用声呐传感器6和气压计7采集所述飞行器相对地面飞行高度，其中，声呐传感器6采集近地高度精度高，气压计7采集远地高度精度高，由于飞行器近地飞行时，螺旋桨产生的气流与地面作用产生翼地效应导致气压计7采集的飞行器高度数据偏差较大，声呐传感器6是为了配合气压计7采集飞行器近地飞行的高度。

避障模块9的设置是为了避免飞行器在高空飞行时，遇到障碍物而损坏，惯性传感器8的设置是为了采集飞行器的飞行姿态，与高清摄像头5采集的数据图像信息结合实现视觉导航与惯性导航的组合导航。

本实施例中，所述处理器4-1采用电机驱动器4-3驱动电机4-4转动。

电机驱动器4-3的设置是为了精确的控制电机4-4转动，进而带动螺旋桨3转动产生向上的上升力。

本实施例中，所述螺旋桨3上安装有用于指示所述飞行器位置的照明指示灯10，照明指示灯10的输入端与处理器4-1的输出端相接。

照明指示灯10的设置一是为了飞行器在夜晚飞行时为高清摄像机5提供有效光照，便于图像信息的清晰采集；二是为了飞行器在夜晚飞行时便于操作者观察飞行器的位置，照明指示灯10的移动轨迹确定了飞行器的移动轨迹。

本实施例中，所述地面监测中心11输出端接有用于显示所述飞行器飞行路径的显示器12，地面监测中心11为计算机。

本实施例中，所述惯性传感器8为惯性传感器MPU6050。

惯性传感器MPU6050的设置整合了6轴运动处理组件，相较于多组件方案，免除了组合陀螺仪与加速器时之轴间差的问题，减少了大量的封装空间。

本实用新型使用时，提前在存储器4-6中存储声呐传感器6高度数据采集阈值，采用蓄电池4-2为飞行器各个用电模块供电，处理器4-1控制电机驱动器4-3驱动电机4-4转动，带动螺旋桨3转动，使飞行器起飞，采用高清摄像头5实时采集地面的图像信息并实时通过无线通信模块4-7传输至地面监测中心11，采用声呐传感器6和气压计7采集飞行器的高度，当声呐传感器6采集的飞行器高度小于存储器4-6中存储的高度数据采集阈值时，采用声呐传感器6采集的高度数据作为飞行器的高度数据，当声呐传感器6采集的飞行器高度大于存储器4-6中存储的高度数据采集阈值时，采用气压计7采集的高度数据作为飞行器的高度数据，同时通过惯性传感器8采集飞行器飞行的姿态数据，定时器4-5记录飞行器飞行时数据采集对应的时间，将探测单元采集的数据均通过无线通信模块4-7传输至地面监测中心11，地面监测中心11通过外接显示器12实时显示飞行器飞行位置信息，当导航的时间为夜晚时，可通过照明指示灯10为高清摄像头5补光，也可地面监测人员肉眼查看飞行器飞行位置，实现视觉导航与惯性导航的组合导航，效果好。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型作任何限制，凡是根据本实用新型技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本实用新型技术方案的保护范围内。