一种四轴飞行器跟随可移动车协同导航系统的制作方法

本实用新型属于四轴飞行器及自动控制领域，具体涉及一种四轴飞行器跟随可移动车协同导航系统。

背景技术：

随着社会的发展与进步，传统的四轴飞行器飞行在某些功能方面已经无法满足人们的生活安全需要。四轴飞行器的机械结构简单紧凑，行动更为灵活，起降环境要求较低，具有良好的操作性能，已广泛应用于航拍、监视、侦查、搜救、农业病虫害防治等诸多领域。虽然目前四轴飞行器已经拥有诸多功能及拓展，但是作为空中航拍，仍然有比较大的不足，操作者通常通过遥控器对四轴飞行器进行控制，控制四轴飞行器的起落、前行、转弯等动作，且遥控器与四轴飞行器之间的距离是有限的，不能太远，但如果四轴飞行器要对移动的物体进行跟踪拍摄，例如对移动车进行拍摄，则操作者也要跟随四轴飞行器并对四轴飞行器进行控制，增加了操作者的工作量。

技术实现要素：

本实用新型在四轴飞行器飞行上增加了四轴飞行器跟随可移动车协同导航系统，利用机器视觉模块技术使四轴飞行器自主识别并跟随可移动车，实现四轴飞行器跟随可移动车协调导航。

本实用新型的一种四轴飞行器跟随可移动车协同导航系统，包括控制器、用于记录与识别目标的机器视觉模块电路、光流传感器模块电路、四路电机驱动电路和无线通讯模块电路，机器视觉模块电路和光流传感器模块电路分别与控制器的输入端连接，控制器的输出端与四路电机驱动电路连接，控制器与无线通讯模块电路连接，所述的机器视觉模块电路为openmv摄像头电路，所述的控制器为 STM32控制器。

进一步的，所述的四轴飞行器跟随可移动车协同导航系统还包括LED显示灯电路，STM32控制器的输出端与LED显示灯电路连接。当openmv摄像头跟随到可移动车后，STM32控制器输出高电平，点亮LED显示灯电路中的LED灯。

进一步的，所述的四轴飞行器跟随可移动车协同导航系统还包括LED呼吸灯电路，四轴飞行器起飞后，STM32控制器输出高电平点亮LED呼吸灯电路中的LED 呼吸灯，方便观察者观察四轴飞行器。

有益效果：本实用新型通过机器视觉模块和光流传感器模块来相互作用，既可以保证四轴飞行器特征识别跟随，不用担心四轴飞行器偏差丢失带来的安全隐患，提高了安全性能，还设置有LED显示灯，操作者可以通过LED显示灯来判定四轴飞行器是否实现跟随，通过给操作者以反馈以达到更好的操作体验。

附图说明

图1是本实用新型的结构框图；

图2是STM32控制器最小系统图；

图3是无线通讯模块电路图；

图4是四路电机驱动电路图；

图5是LED呼吸灯电路图；

图6是LED显示灯电路图；

图7是光流传感器模块电路；

图8是openmv摄像头模块电路。

具体实施方式

为使本实用新型的内容更加清楚，下面结合附图，对本实用新型的具体实施方式作进一步详细描述。应当注意，为了清楚的目的，附图和说明中省略了与本实用新型无关的、本领域普通技术人员已知的部件的表示和描述。

一种四轴飞行器跟随可移动车协同导航系统，如图1所示，包括STM32控制器、用于记录与识别目标的机器视觉模块电路、用于判断图像中像素点相对于四轴飞行器的移动速度的光流传感器模块电路、LED显示灯电路、四路电机驱动电路和无线通讯模块电路，机器视觉模块电路、光流传感器模块电路分别与 STM32控制器的输入端连接，STM32控制器的输出端分别与LED显示灯电路和四路电机驱动电路连接，STM32控制器与无线通讯模块电路连接。所述的机器视觉模块电路为openmv摄像头电路。

所述的STM32控制器采用型号为STM32F103的控制器，如图2所示，是 STM32F103的控制器及与其相连接的最小系统图。

如图3所示，无线通讯模块电路，STM32控制器通过无线通讯模块电路与遥控器双工通讯。

如图4所示，四路电机驱动电路，四路电机驱动电路分别与STM32控制器的 PB6、PB7、PB8和PB9的输出端连接，遥控器连接四轴飞行器的STM32控制器，通过控制STM32控制器的P6、P7、P8和P9端口的输出从而控制电机的转动，四路电机驱动电路包括第一电机驱动电路、第二电机驱动电路、第三电机驱动电路和第四电机驱动电路，第一电机驱动电路、第二电机驱动电路、第三电机驱动电路和第四电机驱动电路的结构相同，第一电机驱动电路包括电机驱动芯片U6、电阻R16、电阻R19、电容C20和电机J12，电机驱动芯片U6的S1和S2端口接地，电机驱动芯片U6的G1和G2端口互相连接后经电阻R19后接地，STM32控制器的输出端PB6连接电阻R16后与电机驱动芯片U6的G1端口连接，电机驱动芯片U6的输出端D1和D2连接后接电机J12，电容C20并联在电机J12的两端。

如图5所示，LED呼吸灯电路，与STM32控制器的PA8端口连接，当四轴飞行器开始工作时，STM32控制器的PA8端口输出高电平，LED呼吸灯电路导通， LED呼吸灯开始发光，可以照亮四轴飞行器，操作者可以通过LED呼吸灯观察四轴飞行器的飞行状态。

如图6所示，LED显示灯电路，当四轴飞行器跟随移动车成功后，STM控制器的PC13和PC14端输了出高电平，LED灯D3和LED灯D4被点亮。

如图7所示，光流传感器模块电路，采用光流算法计算两帧图像的位移，通过计算像素点移动速度的方法，对图像中的一些点跟踪，可以计算得到光流向量，根据得到的光流向量，近而优化无人机的姿态控制，实现更加准确的控制，给四轴飞行器在飞行途中提供更稳定的飞行效果。

如图8所示，openmv摄像头模块电路，用于特征检测识别发送信息给四轴飞行器STM32控制器驱动电机飞行跟随。openmv摄像头模块通过串口通信与 STM32控制器连接，使用openmv模块搭载的摄像头先对移动车的外观特征进行二值化处理，然后通过手动调节阈值参数实现对小车外观特征的全部提取，保存阈值信息并在openmv模块中写入阈值参数。四轴飞行器搭载openmv摄像头模块电路在飞行中，当摄像头拍摄范围内检测到可移动车的特征信息后，说明无人机已识别到可以动车，然后四轴飞行器开启跟随模式，通过与光流定位相结合，实现无人机稳定跟随可移动车功能。

本实用新型的工作过程：遥控器通过2.4G无线信号与四轴飞行器的STM32 控制器通信，通过卡尔曼滤波算法和PID算法控制电机驱动模块，实现四轴飞行器的起飞和定位。四轴飞行器起飞后，STM32控制器输出高电平控制呼吸灯电路工作，方便操作者观察四轴飞行器的状态。当移动车处在四轴飞行器openmv摄像头的有效范围内，四轴飞行器通过与可移动车的阈值参数比对，若相同可识别可移动车，同时STM32控制器输出高电平控制LED灯亮，则提示四轴飞行器已进入自动跟随模式。四轴飞行器切换到自动跟随模式，跟随可移动车前进，STM32 控制器连接的光流传感器模块电路给予四轴飞行器更加稳定的飞行防止目标物偏离视觉检测范围。

以上仅表达了本实用新型的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。