[发明专利]一种频率可调的四旋翼无人机避障方法

权利要求书

1.一种频率可调的四旋翼无人机避障方法，其特征在于：包括频率可调的四旋翼无人机避障系统，该四旋翼无人机避障系统包括超声波测距模块、姿态识别模块和飞行控制系统，超声波测距模块、姿态识别模块分别与飞行控制系统连接，所述超声波测距模块包括四个超声波测距传感器和一个用于驱动发射不同频率超声波的频率可调的超声波驱动装置，四个超声波测距传感器位于无人机前、后、左、右四面的中心，并且用于读取无人机与障碍物之间的距离，同时与超声波驱动装置连接；

所述避障方法包括以下步骤：

(1)四旋翼无人机正常飞行时受飞行控制系统控制，沿预设航线飞行，根据飞行期间无人机与障碍物的距离大小，频率可调的超声波驱动装置调整发射对应频率的超声波，实现对障碍物距离的精准测量并将测得的数据传递给飞行控制系统；

(2)姿态识别模块获得无人机当前的姿态数据，这些信号数据经过处理后得到无人机的飞行状态，通过位移变化对时间的微分可得到无人机的速度，根据无人机与障碍物的实际距离和无人机自身的速度，分为安全区、减速区、急停区；

(3)飞行控制系统将超声波测距模块获得的距离和安全距离对比，当小于安全区值时进行避障控制，否则正常飞行。

2.如权利要求1所述的一种频率可调的四旋翼无人机避障方法，其特征在于：所述姿态识别模块包括加速度计、陀螺仪、磁力计和气压计，加速度计输出重力在机体坐标系三轴上的分量信号，陀螺仪输出飞行器绕三轴旋转的角速度信号，磁力计输出磁场强度在三轴的分量信号，气压计用于获取无人机的飞行高度。

3.如权利要求1或2所述的一种频率可调的四旋翼无人机避障方法，其特征在于：所述飞行控制系统为嵌入式单片机和地面站，用于处理传感器测量的飞行状态数据，判断、控制并监测无人机的飞行状况，输出控制指令给执行机构，实现对无人机中各种飞行模态的控制和对任务设备的管理。

4.如权利要求1或2所述的一种频率可调的四旋翼无人机避障方法，其特征在于：所述步骤(2)中还包括以下步骤：

急停区距离为v²/2a₁，减速区距离为v²/2a₁+v²/2a₂，其中a₁为无人机的最大加速度值，a₂为无人机在减速区的加速度值,设定a₂＝v以使无人机在1秒内能稳定减速，大于减速区则为安全区。

5.如权利要求1或2所述的一种频率可调的四旋翼无人机避障方法，其特征在于：所述步骤(2)中还包括以下步骤：

当无人机与障碍物的距离大于10m时，频率可调的超声波驱动装置调整发射的声波频率恒为30kHz；

当无人机与障碍物的距离在1～10m范围时，频率可调的超声波驱动装置发射的超声波频率大小为f＝-10L+130，L为所测障碍物的距离；

当无人机与障碍物的距离在0.5～1m范围时，频率可调的超声波驱动装置发射的声波频率为130kHz。