一种通用的四旋翼飞行器避障控制方法及系统与流程

本发明涉及无人机技术领域，尤其涉及一种通用的四旋翼飞行器避障控制方法及系统。

背景技术：

无人机技术迅速发展，无人机的应用领域也越来越多，除了航拍航测等传统的应用场景，目前无人机已广泛应用于室内巡逻，仓储物流等空间狭小的场所。要使无人机应用于新的应用场所，首先需要无人机感受到环境的变化，才能对环境做出反应。

现有的将无人机应用于室内等空间狭小的环境的解决方法主要是在无人机的飞控上加装新的传感器模块，例如红外线、毫米波雷达、超声波等。采用这种技术的方法的好处是将传感器探测到的环境数据直接应用于飞控的控制算法中，提高控制的效率。

采用现有方法的缺点显而易见，飞控不具有拓展性，只有在飞控的设计之初将需要的功能集成进去才可以。对于开源飞控来说，拓展性强，但是开发难度对于绝大多数人来说是很大的。世界上著名的开源飞控px4核心代码部分已经超过54万行，学习成本非常之高。因此，如果从源代码开始增加传感器，实现无人机更多的功能，例如全方向避障，是不现实的，不能跟上需求的发展。

技术实现要素：

为克服现有技术存在的上述技术问题，本发明提供了一种通用的四旋翼飞行器避障控制方法及系统。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

根据本发明的一个方面，提供了一种通用的四旋翼飞行器避障控制方法，包括：

获取遥控器接收机指令信号；

测量无人机四方向障碍物与飞行器距离；

根据所述指令信号和所述四方向障碍物与飞行器距离，确定无人机飞行控制信号，并按照所述飞行控制信号控制无人机飞行。

所述根据所述指令信号和所述四方向障碍物与飞行器距离，确定无人机飞行控制信号，还包括：

根据所述四方向障碍物与飞行器距离判断是否可以根据所述指令信号进行动作；若是，将所述指令信号作为无人机飞行控制信号；否则，根据避障算法计算避障动作信号，并作为无人机飞行控制信号。

所述方法还包括：

根据所述四方向障碍物与飞行器距离和所述指令信号，综合计算无人机飞行控制信号；所述飞行控制信号既不同于所述避障动作信号，也不同于所述指令信号。

所述指令信号通过遥控器接收机的stm32处理器的外部中断功能读取，包括五路遥控器信号，分别为遥控器的俯仰通道、滚转通道、油门通道、方向通道、飞行模式切换通道信号。

所述测量无人机四方向障碍物与飞行器距离采用轮询方式分别测量每个方向的障碍物与飞行器的距离。

每次测量程序的循环中，仅测量四个方面中一个方向的障碍物与飞行器的距离，并更新状态机，结合状态机中保存的其余三个方向的障碍物与飞行器的距离作为四个方向的障碍物与飞行器的距离。

所述按照所述飞行控制信号控制无人机飞行，包括：

使用stm32处理器的定时器中断，产生飞控能读取的pwm信号；

将pwm信号转换成ppm信号，输入到飞控中，完成对飞行器的控制。

根据本发明的另一个方面，提供了一种通用的四旋翼飞行器避障控制系统，包括遥控器、自主控制器、测距模组和飞控模组，其中，

所述遥控器，用于产生指令信号；

所述测距模组，用于测量无人机四方向障碍物与飞行器距离；

所述自主控制器，用于根据所述指令信号和所述四方向障碍物与飞行器距离，确定无人机飞行控制信号；

所述飞控模组，用于根据所述飞行控制信号控制无人机飞行。

所述自主控制器采用stm32处理器，根据所述四方向障碍物与飞行器距离判断是否可以根据所述指令信号进行动作；若是，将所述指令信号作为无人机飞行控制信号；否则，根据避障算法计算避障动作信号，并作为无人机飞行控制信号。

所述指令信号通过遥控器接收机的stm32处理器的外部中断功能读取，包括五路遥控器信号，分别为遥控器的俯仰通道、滚转通道、油门通道、方向通道、飞行模式切换通道信号；

所述测量无人机四方向障碍物与飞行器距离采用轮询方式分别测量每个方向的障碍物与飞行器的距离；

所述自主控制器使用stm32处理器的定时器中断，产生飞控能读取的pwm信号；将pwm信号转换成ppm信号，输入到飞控模组中，完成对飞行器的控制。

本发明的有益效果是：提供了一种通用的四旋翼飞行器避障控制方法及系统，通过设置自主控制器的方式，不需要更改飞控代码，不需要增加硬件到飞控上，就可以拓展飞控的功能，大大降低了难度。并且不仅针对开源飞控有效，还可以拓展商品飞控的功能。将传感器数据读取的工作交由自主控制器完成，减轻飞控的运算负担。自主控制器选用简单可靠的stm32处理器，大大降低开发难度，可拓展性强，为以后的二次开发提供资源。

附图说明

图1为本发明实施例提供的通用的四旋翼飞行器避障控制方法原理流程图。

图2为本发明实施例提供的通用的四旋翼飞行器避障控制系统实现示意图。

图3为本发明实施例提供的通用的四旋翼飞行器避障控制方法中自主控制器工作流程示意图。

图4为本发明实施例提供的通用的四旋翼飞行器避障控制系统结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

本发明提供了一种简单方便、实用可靠的方式实现了全向避障的功能。我们在源飞控的基础上加入了一个“自主控制器”。使用自主控制器读取新加入的传感器的数据，以及遥控器接收机的命令，综合处理这些数据决定飞行器下一步的动作，最后将下一步的动作命令转换成飞控可以读取的信号，作为飞控的输入命令控制飞行器完成相应的动作。

采用这种方法可以大大节开发时间，实现的所需功能，并且可以在此基础上二次开发，实现更多功能，进一步应用于学校教学活动，比赛等。

本实施例所述的四旋翼飞行器是一种无人飞行器，其旋翼并不限定为四旋翼，也可以是六旋翼或其它旋翼数量。

本实施例涉及的通用的四旋翼飞行器避障控制方法流程如图1所示。其中，

步骤11，获取遥控器接收机指令信号；

步骤12，测量无人机四方向障碍物与飞行器距离；

步骤13，根据所述指令信号和所述四方向障碍物与飞行器距离，确定无人机飞行控制信号，并按照所述飞行控制信号控制无人机飞行。

所述根据所述指令信号和所述四方向障碍物与飞行器距离，确定无人机飞行控制信号，还包括：

根据所述四方向障碍物与飞行器距离判断是否可以根据所述指令信号进行动作；若是，将所述指令信号作为无人机飞行控制信号；否则，根据避障算法计算避障动作信号，并作为无人机飞行控制信号。

根据所述四方向障碍物与飞行器距离和所述指令信号，综合计算无人机飞行控制信号；所述飞行控制信号既不同于所述避障动作信号，也不同于所述指令信号，而是根据二者综合解算出最佳的控制方案。

所述指令信号通过遥控器接收机的stm32处理器的外部中断功能读取，包括五路遥控器信号，分别为遥控器的俯仰通道、滚转通道、油门通道、方向通道、飞行模式切换通道信号。

所述测量无人机四方向障碍物与飞行器距离采用轮询方式分别测量每个方向的障碍物与飞行器的距离。

每次测量程序的循环中，仅测量四个方面中一个方向的障碍物与飞行器的距离，并更新状态机，结合状态机中保存的其余三个方向的障碍物与飞行器的距离作为四个方向的障碍物与飞行器的距离。

所述按照所述飞行控制信号控制无人机飞行，包括：

使用stm32处理器的定时器中断，产生飞控能读取的pwm信号；

将pwm信号转换成ppm信号，输入到飞控中，完成对飞行器的控制。

实际上，如图2所示，本实施例可以是如图2所示的系统结构，在遥控信号和超声波控制模组之间加入自主控制器，由自主控制器控制飞控模块，进而控制飞行平台。

具体来说，在原有的飞控基础之上加入自主控制器，自主控制器的主要作用是读取遥控信号，读取超声波数据，将两者融合计算，得到下一步飞行器的飞行动作。自主控制器产生控制信号，控制飞行器飞行。

本方案中自主控制器使用意法半导体的stm32f1处理器读取遥控器接收机信号，使用hc-sr04超声波模块进行障碍物距离的测量，将上面两个数据综合处理后产生新的控制信号，输入到飞控中，控制飞控完成动作。

如图3所示，为本实施例提供的一种自主控制器的工作流程，其中，通过stm32处理器的外部中断功能读取5路遥控器信号，分别为遥控器的俯仰通道、滚转通道、油门通道、方向通道、飞行模式切换通道，这五个遥控信号主要用于控制飞行器的飞行。

因为超声波测距速度不快，本方案采用轮询的方式测距，即设置一个状态机，在每一次程序的循环中只测量前后左右中一个方向的距离，并更新状态机。

各个方向障碍物距离的测量结果和遥控器信号的读取结果进行判断计算，决定飞行器下一步的飞行动作。

使用stm32处理器的定时器中断的方法产生飞控能读取的pwm信号，再将pwm信号转换成ppm信号，最后输入到飞控中，完成对飞行器的控制。

本实施例中，通过设置自主控制器的方式，不需要更改飞控代码，不需要增加硬件到飞控上，就可以拓展飞控的功能，大大降低了难度。并且这种方法不仅针对开源飞控有效，还可以拓展商品飞控的功能。将传感器数据读取的工作交由自主控制器完成，减轻飞控的运算负担。自主控制器选用简单可靠的stm32处理器，大大降低开发难度，可拓展性强，为以后的二次开发提供资源。

如图4所示，为本实施例提供的通用的四旋翼飞行器避障控制系统结构示意图，其中，包括遥控器41、自主控制器42、测距模组43和飞控模组44，其中，

所述遥控器41，用于产生指令信号；

所述测距模组43，用于测量无人机四方向障碍物与飞行器距离；

所述自主控制器42，用于根据所述指令信号和所述四方向障碍物与飞行器距离，确定无人机飞行控制信号；

所述飞控模组44，用于根据所述飞行控制信号控制无人机飞行。

所述自主控制器42采用stm32处理器，根据所述四方向障碍物与飞行器距离判断是否可以根据所述指令信号进行动作；若是，将所述指令信号作为无人机飞行控制信号；否则，根据避障算法计算避障动作信号，并作为无人机飞行控制信号。

所述指令信号通过遥控器接收机的stm32处理器的外部中断功能读取，包括五路遥控器信号，分别为遥控器的俯仰通道、滚转通道、油门通道、方向通道、飞行模式切换通道信号；

所述测量无人机四方向障碍物与飞行器距离采用轮询方式分别测量每个方向的障碍物与飞行器的距离；

所述自主控制器42使用stm32处理器的定时器中断，产生飞控能读取的pwm信号；将pwm信号转换成ppm信号，输入到飞控模组中，完成对飞行器的控制。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“顶”、“底””、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，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。