[发明专利]一种基于雷达和摄像头的无人机避障系统及控制方法

权利要求书

1.一种基于雷达和摄像头的无人机避障系统，其特征在于，包括：无人机主体、避障模块、激光雷达模块、毫米波雷达模块和摄像头；

所述无人机主体为具有独立飞行功能的多旋翼无人机；

所述无人机主体的控制系统包括主控制器、主板、飞行控制器和电源；

所述电源通过主板分别与主控制器、飞行控制器、避障模块连接并供电；

所述主控制器通过主板与飞行控制器连接，用于执行串口收到的指令，控制飞行器姿态和移动；

所述飞行控制器用于控制无人机的飞行动作；

所述激光雷达模块、毫米波雷达模块和摄像头分别所述避障模块与主控制器连接；

所述避障模块采用Raspberry Pi 3，其装载Linux系统Debian发行版作为操作系统；

所述操作系统上装载Indigo版本ROS机器人操作系统；

所述机器人操作系统上运行有飞行控制程序、激光雷达程序、毫米波雷达程序、摄像头驱动程序、导航程序、构图程序、路径规划程序；

所述激光雷达程序用于控制激光雷达模块的工作状态，并将其反馈的激光雷达信号传送至构图程序；

所述毫米波雷达程序用于控制毫米波光雷达模块的工作状态，并将其反馈的毫米波雷达信号传送至构图程序；

所述摄像头驱动程序用于控制摄像头的工作状态，并将其反馈的图像信号传送至构图程序；

所述构图程序根据激光雷达信号、毫米波雷达信号和图像信号，绘制出体现无人机附近环境特征的地形图；

所述路径规划程序用于根据所述地形图中的环境特征，得出当前位置至目标位置的最短路线；

所述导航程序用于根据所述最短路线，得出无人机的动作要求，使无人机按照动作要求进行飞行后，其飞行路线能够符合所述最短路线；

所述飞行控制程序用于根据所述动作要求，得出与其对应的控制指令，并通过主控制器和主板将控制指令发送至飞行控制器，从而使飞行控制器控制无人机做出相应动作。

2.根据权利要求1所述的基于雷达和摄像头的无人机避障系统，其特征在于，所述主控制器采用Arduino Mega 2560单片机，运行PID程序。

3.根据权利要求1所述的基于雷达和摄像头的无人机避障系统，其特征在于，所述飞行控制器为APM2.8开源飞控。

4.根据权利要求1所述的基于雷达和摄像头的无人机避障系统，其特征在于，所述毫米波雷达模块包含若干个毫米波雷达，分别安装在所述无人机主体上；每个毫米波雷达的测距方向都在水平面上，并向四周均匀分布。

5.根据权利要求1所述的基于雷达和摄像头的无人机避障系统，其特征在于，所述毫米波雷达共4个。

6.根据权利要求1所述的基于雷达和摄像头的无人机避障系统，其特征在于，所述避障模块与主控制器之间采用USB连接。

7.根据权利要求1所述的基于雷达和摄像头的无人机避障系统，其特征在于，所述基于雷达和摄像头的无人机避障系统，还包括基站，用于运行ROS机器人操作系统的工具软件Rviz；所述Rviz用于观察构图程序输出的地形图，以及导航程序指示的最短路线。

8.根据权利要求7所述的基于雷达和摄像头的无人机避障系统，其特征在于，所述基站采用PC或手机。

9.一种基于雷达和摄像头的无人机避障系统的控制方法，其特征在于，采用权利要求1所述的基于雷达和摄像头的无人机避障系统，包括以下步骤：

步骤1，无人机飞行过程中，所述激光雷达程序控制激光雷达模块的测距核心顺时针旋转，实现对周围环境的360°全方位扫描测距检测，从而获得对应周围环境的激光雷达信号；所述毫米波雷达程序控制毫米波雷达模块对各自方位进行扫描测距检测，从而获得对应周围环境在各方向上的毫米波雷达信号；所述摄像头驱动程序控制摄像头顺时针旋转，实现对周围环境的360°全方位扫描测距检测的工作状态，从而获得对应周围环境的图像信号；

步骤2，所述激光雷达程序、毫米波雷达程序和摄像头驱动程序将获得的激光雷达信号、毫米波雷达信号和图像信号传送至构图程序；

步骤3，所述构图程序根据激光雷达信号、毫米波雷达信号和图像信号，绘制出体现无人机附近环境特征的地形图；

步骤4，所述路径规划程序根据所述地形图中的环境特征，得出当前位置至目标位置，避开所有障碍物后的最短路线；

步骤5，所述导航程序根据所述最短路线，得出无人机的动作要求；所述动作要求，即无人机将要进行的一系列飞行动作，在这些飞行动作的控制下，无人机飞行路线将符合所述最短路线；

步骤6，所述飞行控制程序根据所述动作要求，得出与其对应的控制指令，并通过主控制器和主板将控制指令发送至飞行控制器，从而使飞行控制器控制无人机做出相应动作。