[发明专利]一种基于树莓派的四旋翼无人机视觉导航系统及方法

摘要

本发明公开了一种基于树莓派的四旋翼无人机视觉导航系统及方法。该系统包括飞行控制板、驱动模块、电源检测模块、视觉处理模块、高度测量模块、遥控器控制模块和无线通信模块，其中飞行控制板包括飞控处理器、通信模块和姿态采集模块。方法为：首先控制无人机飞行至稳定高度后，切换至自动控制模式；然后利用树莓派获取摄像头图像进行目标提取，计算目标相对于无人机的位置偏差，将位置偏差信息传递至飞控处理器，使用姿态角信息对位置偏差信息进行补偿获取最终偏差信息；最后利用PID算法和偏差信息计算出控制输出值，控制无人机进行跟踪飞行。本发明系统可移植性强，成本低廉，方法简便，能够在没有GPS信号的情况下进行无人机的自主导航。

主权项

1.一种基于树莓派的四旋翼无人机视觉导航系统，其特征在于，该系统利用树莓派实现视觉导航，使视觉导航与控制部分相互独立，具体包括飞行控制板(1)、驱动模块(2)、电源检测模块(3)、视觉处理模块(4)、高度测量模块(5)、遥控器控制模块(6)和无线通信模块(7)，其中：/n所述飞行控制板(1)，包括飞控处理器和飞行姿态采集模块；所述飞控处理器，通过飞行姿态采集模块采集飞行姿态数据，并利用PID控制方法进行解算，输出不同占空比的PWM信号驱动无刷电机，控制四旋翼无人机的飞行姿态；所述飞行姿态采集模块，采用IMU惯性测量单元，包括3轴加速度计和3轴陀螺仪，对四旋翼无人机进行飞行姿态进行测量，其中3轴加速度计用于测量线性加速度，3轴陀螺仪用于测量旋转角速度；/n所述驱动模块(2)，包括无刷电机和电调，利用飞行控制板(1)输入的信号，实现四旋翼无人机的稳定飞行；/n所述电源检测模块(3)，用于监测电池状态，包括电压、电流，并能够与地面站连接实时观测；/n所述视觉处理模块(4)，用于对目标进行检测和图像处理，获取目标与无人机的相对坐标，并通过串口通信方式，将信息发送给飞行控制板(1)中的飞控处理器，根据实时目标状态信息对无人机飞行姿态进行调整，以实现目标的导航跟踪；/n所述高度测量模块(5)，采用模拟声纳测量无人机当前飞行的相对高度，通过滤波对数据进行平滑处理，得到高度信息作为反馈，对四旋翼无人机的飞行高度进行控制；/n所述遥控器模块(6)，包括PPM编码器和遥控器，通过遥控器输出信号，利用PPM编码器对遥控器输出的信号进行编码，对无人机进行飞行控制；/n所述无线通信模块(7)，用于无人机与地面站之间的通信交互，实现数据的接收与发送以及无人机的状态监控。/n