[实用新型]一种基于视觉的四旋翼无人机自主飞行系统

说明书

本实用新型属于智能机器人技术领域，公开了一种基于视觉的四旋翼无人机自主飞行系统，包括飞行平台、深度相机、双目相机；飞行平台包括机架、飞行控制器、信号传输设备、机载计算机、动力设备；深度相机、双目相机、飞行控制器、信号传输设备、机载计算机和动力设备均安装在机架上。本实用新型能够实现无人机的自主飞行，提高了定位的鲁棒性。

技术领域

本实用新型属于智能机器人技术领域，更具体地，涉及一种基于视觉的四旋翼无人机自主飞行系统。

背景技术

无人机是一种无需飞行员控制、可复用的有动力航空器。无人机相较于地面机器人，拥有更加灵活的运动性和更加广阔的探测范围，在线路巡检、测绘以及三维重建等领域被广泛应用。四旋翼无人机是一类由电驱动,能垂直起降的无人机。这种飞行器具有构造简易、稳定性好、负载能力强等优势。近年来，随着信息技术的飞跃发展,无人机系统正在向感知外界环境以实现适应环境并自我控制的自主飞行无人机方向发展。在自主飞行的无人机领域，对无人机下达起飞命令后，在不对其进行进一步操控的情况下，机载传感器可以帮助无人机精确地定位周边障碍，感知周围景物分布状况，以达到无人机自主控制的目的。

四旋翼无人机在复杂环境中的自主飞行问题主要有两个难点，一方面环境中存在不利于飞行控制的外部干扰，另一方面无人机缺少对环境的先验信息，需要在运行过程中建立环境地图以满足位姿估计和运动规划需要。为此，研究人员在机器人科学中针对未知环境的运动问题提出了即时定位与建图(Simultaneous Localization And Mapping,SLAM)概念。传统的无人机自主飞行方法都是在获取充足的传感器信息的基础上建立起精确的SLAM数学模型，从而实现无人机的自主飞行。但是在一些新的应用领域中对于无人机的性能要求更加苛刻。在应急救援、反恐等领域，往往对无人机的体积与载重有着严苛的要求，无人机传感器的选取受到了很大的限制。在救灾时往往需要无人机进入受损的建筑或矿洞探测内部情况。由于建筑废墟和矿洞内部空间狭小，要求无人机的体积不能太大，同时无人机的载重和电力负载也因此受限，这就限制了激光雷达等先进传感器在小轴距四旋翼无人机上的使用。此外，由于树木遮挡，难以获取GNSS信号以满足定位之需，IMU、气压计和磁力计作为飞控系统基本的传感器，具有体积小、低功耗的特点，且为被动传感器，其使用基本不会受到环境的制约。

由于图像具有丰富的色彩和几何信息，同时图像采集设备具有重量轻、负载低的优势，加之现代电子工艺对图像传感器的小型化集成，使得机载深度相机和双目相机成为自主无人机系统的首选图像传感设备。图像传感器对环境的几何感知最重要的一环在于获取物体的深度信息，单目相机需要通过运动，从具有一定重叠度的相邻两张影像中获取深度信息，其中涉及到复杂的计算过程，对获取的环境图像实时处理依赖机载计算设备的性能。双目相机减轻了这个计算过程的消耗。深度相机能直接获取物体的深度信息，相较于激光雷达等深度传感器，深度相机体积小、重量轻、电力负载小，适用于小轴距四旋翼无人机，但深度相机感知深度的距离有限。

实用新型内容

针对背景技术中存在的问题，本实用新型提供一种基于视觉的四旋翼无人机自主飞行系统。

本实用新型提供一种基于视觉的四旋翼无人机自主飞行系统，包括：飞行平台、深度相机、双目相机；

所述飞行平台包括机架、飞行控制器、信号传输设备、机载计算机、动力设备；

所述深度相机、所述双目相机、所述飞行控制器、所述信号传输设备、所述机载计算机和所述动力设备均安装在所述机架上。

优选的，所述基于视觉的四旋翼无人机自主飞行系统还包括：地面站计算机；所述地面站计算机与所述机载计算机通信。

优选的，所述基于视觉的四旋翼无人机自主飞行系统还包括：传感设备；所述传感设备包括惯性测量单元、气压计、磁力计。