本發(fā)明屬于無人機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種基于外部視覺定位的無人機(jī)調(diào)試系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

隨著無人機(jī)技術(shù)的發(fā)展，人們對(duì)無人機(jī)的性能也越來越高，一個(gè)方便高精度的調(diào)試平臺(tái)便成了迫切的需要。無人機(jī)又是一個(gè)復(fù)雜性高，慣性大，環(huán)境干擾大的一個(gè)系統(tǒng)。調(diào)試平臺(tái)將很大程度上影響著調(diào)試出來無人機(jī)性能的好壞。而現(xiàn)在大部分的無人機(jī)調(diào)試平臺(tái)都是有底座的，將無人機(jī)固定在底座上與實(shí)際運(yùn)行的無人機(jī)環(huán)境不同，調(diào)試出來的性能與實(shí)際中的也有很大不同。由于固定在底座上，也無法觀察到傳感器溫漂對(duì)無人機(jī)的影響。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種基于外部視覺定位的無人機(jī)調(diào)試系統(tǒng)，該系統(tǒng)不需要底座，以求解決現(xiàn)有技術(shù)中調(diào)試環(huán)境與實(shí)際環(huán)境差別大，難以獲得精確軌跡的問題。

本發(fā)明提供了一種基于外部視覺定位的無人機(jī)調(diào)試系統(tǒng)，包括視覺定位系統(tǒng)和與之相連的控制平臺(tái)，其中；

所述視覺定位系統(tǒng)由至少3個(gè)紅外攝像頭組成，呈環(huán)狀分布，攝像頭固定在離地面一定高度，朝向環(huán)的中心點(diǎn)，用于將采集的無人機(jī)圖像數(shù)據(jù)傳輸?shù)娇刂破脚_(tái)中，用于精確定位可視區(qū)域內(nèi)的標(biāo)記點(diǎn)；所述可視區(qū)域?yàn)樽钌賰蓚€(gè)攝像頭可觀測(cè)到的共同區(qū)域，所述標(biāo)記點(diǎn)由反光材料制作而成的小球體，可以反射紅外光；所調(diào)試的無人機(jī)設(shè)置在所述視覺定位系統(tǒng)的可視區(qū)域內(nèi)，并在機(jī)身上設(shè)置不小于三個(gè)并容易被攝像頭捕捉到的標(biāo)記點(diǎn)；

所述控制平臺(tái)包括通信模塊和控制模塊；采集視覺定位系統(tǒng)傳來的圖像數(shù)據(jù)，通過多目視覺坐標(biāo)測(cè)量算法獲取所述無人機(jī)上標(biāo)記點(diǎn)的位置，并傳輸?shù)娇刂颇K中；所述控制模塊通過四元數(shù)法解算出無人機(jī)的歐拉角和三維坐標(biāo)，從而得到無人機(jī)的位置和姿態(tài)信息；

所述控制平臺(tái)的控制模塊通過控制算法計(jì)算出無人機(jī)上各個(gè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的控制量；所述控制算法包括雙閉環(huán)PID算法和LQR算法，所述控制量包括PWM信號(hào)和電壓信號(hào)；所述控制平臺(tái)通過通信模塊與所述無人機(jī)通信，傳送控制量，用于控制所述無人機(jī)上的驅(qū)動(dòng)電機(jī)，從而改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)對(duì)無人機(jī)的控制。

工作中，所述控制平臺(tái)通過所述視覺定位系統(tǒng)獲得所述無人機(jī)上所有標(biāo)記點(diǎn)的位置，進(jìn)而解算出無人機(jī)的姿態(tài)和軌跡，再通過控制算法得到無人機(jī)上驅(qū)動(dòng)電機(jī)的控制量，包括PWM信號(hào)和電機(jī)電壓信號(hào)，通過通信模塊將這些控制量發(fā)送到所述無人機(jī)，所述無人機(jī)接收到無線信號(hào)并執(zhí)行命令。

進(jìn)一步的，所述攝像頭安置在攝像頭支架上，或安置在墻壁上或者懸掛在建筑物上。

進(jìn)一步的，所述無人機(jī)包括四旋翼無人機(jī)、多旋翼無人機(jī)、小型無人機(jī)和魚鷹無人機(jī)。

進(jìn)一步的，所述視覺定位系統(tǒng)能通過多目視覺坐標(biāo)測(cè)量算法處理技術(shù)獲取無人機(jī)的姿態(tài)信息、位置信息和運(yùn)動(dòng)軌跡。

進(jìn)一步的，所述控制平臺(tái)的控制模塊嵌在PC機(jī)中。

進(jìn)一步的，所述控制模塊是無人機(jī)控制系統(tǒng)中的一部分，或者是與無人機(jī)控制系統(tǒng)通信的獨(dú)立模塊。

工作時(shí)，所述控制平臺(tái)通過所述視覺定位系統(tǒng)獲得所述無人機(jī)上所有標(biāo)記點(diǎn)的位置，進(jìn)而解算出無人機(jī)的姿態(tài)和軌跡，再通過控制模塊得到無人機(jī)上驅(qū)動(dòng)電機(jī)的控制量，包括PWM信號(hào)和電機(jī)電壓信號(hào)，最后通過無線方式將控制量發(fā)送到所述無人機(jī)，所述無人機(jī)接收并執(zhí)行命令。

本發(fā)明中，所述控制平臺(tái)可直接控制無人機(jī)上的電機(jī)，因此在調(diào)試過程中可隨意設(shè)計(jì)控制模塊中的控制算法而不需要對(duì)無人機(jī)進(jìn)行程序的燒錄，這樣極大地節(jié)省了調(diào)試時(shí)間，方便了調(diào)試。所述視覺定位系統(tǒng)(201)可無接觸測(cè)量出無人機(jī)的姿態(tài)和位置信息，調(diào)試環(huán)境高程度地逼近實(shí)際中的應(yīng)用環(huán)境，這樣調(diào)試出來的效果可以很好地與實(shí)際環(huán)境中的效果吻合。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的基于外部視覺定位的無人機(jī)調(diào)試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為驗(yàn)證本發(fā)明實(shí)施例的有效性而提供的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖；

圖3為驗(yàn)證本發(fā)明實(shí)施例的有效性而提供的四旋翼無人機(jī)；

其中，1為基于外部視覺定位的無人機(jī)調(diào)試系統(tǒng)、2為系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖、201為視覺定位系統(tǒng)、202為攝像頭支架、203為視覺定位系統(tǒng)的可視區(qū)域、204為無人機(jī)飛行器、205為控制平臺(tái)、206為四旋翼無人機(jī)螺旋槳、207為標(biāo)記點(diǎn)。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

這里的視覺定位系統(tǒng)布置在周圍，八個(gè)紅外攝像頭安裝在2m高的地方呈環(huán)形分布，每個(gè)攝像頭朝著環(huán)形的中央，無人機(jī)在攝像頭的可視區(qū)域內(nèi)飛行，由熒光粉制成的4個(gè)球形標(biāo)記點(diǎn)安裝在無人機(jī)的上側(cè)，為了使調(diào)試環(huán)境與實(shí)際環(huán)境一致，這里的無人機(jī)與其他物體沒有任何物理連接。無人機(jī)在調(diào)試飛行過程中，安裝在無人機(jī)上的標(biāo)記點(diǎn)可以被視覺定位系統(tǒng)系統(tǒng)捕捉到并解算出空間坐標(biāo)?？刂破脚_(tái)由控制模塊和通信模塊組成，通信模塊為24L01無線通訊模塊，控制模塊為嵌入到PC機(jī)中的上位機(jī)，可以獲得無人機(jī)上多個(gè)標(biāo)記點(diǎn)的空間坐標(biāo)并通過四元素算法解算出無人機(jī)的姿態(tài)、位置和軌跡?？刂颇K中的控制算法通過獲得的姿態(tài)、位置和軌跡通過PID控制算法計(jì)算出下一步無人機(jī)上驅(qū)動(dòng)電機(jī)的控制量，并通過24L01無線模塊發(fā)送到指令到無人機(jī)上。無人機(jī)接收到信號(hào)后，按照信號(hào)中的控制量控制驅(qū)動(dòng)電機(jī)。這樣便形成了一個(gè)閉環(huán)調(diào)試。控制算法可以直接在控制平臺(tái)上修改，省去了燒錄程序的過程。通過發(fā)送平穩(wěn)飛行的指令，可以實(shí)現(xiàn)無人機(jī)在可視區(qū)域內(nèi)穩(wěn)定的飛行，即在X,Y,Z上的坐標(biāo)值趨于一個(gè)定值。

下面對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說明，本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。

在本發(fā)明實(shí)施例中，系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示，視覺定位系統(tǒng)檢測(cè)到無人機(jī)上標(biāo)記點(diǎn)的位置發(fā)送到控制平臺(tái)上，控制平臺(tái)根據(jù)標(biāo)記點(diǎn)的位置利用四元數(shù)法解算出無人機(jī)的歐拉角和三維坐標(biāo)，并通過雙閉環(huán)PID控制算法得出響應(yīng)電機(jī)的控制量，再通過24L01無線模塊發(fā)送到無人機(jī)上。詳細(xì)過程如下：

1：如圖3所示的四旋翼無人機(jī)，當(dāng)無人機(jī)向左傾斜的時(shí)候，即標(biāo)記點(diǎn)1、3的位置要低于標(biāo)記點(diǎn)2、4的位置。視覺定位系統(tǒng)將四個(gè)標(biāo)記點(diǎn)的位置發(fā)送到控制平臺(tái)上；

2：控制平臺(tái)通過視覺定位系統(tǒng)識(shí)別出標(biāo)記點(diǎn)1、3的位置要低于標(biāo)記點(diǎn)2、4的位置，通過控制算法計(jì)算出了各個(gè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的控制量，這里的控制量是PWM信號(hào)。為了使無人機(jī)的姿態(tài)保持平衡，1、3驅(qū)動(dòng)電機(jī)的控制量要大于2、4驅(qū)動(dòng)電機(jī)的控制量。并將驅(qū)動(dòng)電機(jī)的控制量通過24L01無線模塊發(fā)送到無人機(jī)上；

3：無人機(jī)將接受到的信號(hào)進(jìn)行處理，獲得了各個(gè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的控制量，并相應(yīng)地控制各個(gè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)。此時(shí)1、3驅(qū)動(dòng)電機(jī)的控制量要大于2、4驅(qū)動(dòng)電機(jī)的控制量，因此也可以提供更大的升力，使無人機(jī)往右邊傾斜。

通過不斷地調(diào)整，最終無人機(jī)保持了穩(wěn)定的姿態(tài)。此調(diào)試平臺(tái)可以真實(shí)模擬實(shí)際中的各種情況，并且通過控制平臺(tái)上設(shè)計(jì)控制算法和調(diào)試，再通過24L01通信模塊發(fā)送指令去控制，可以實(shí)現(xiàn)一種便捷快速的調(diào)試，極大提高了調(diào)試效率。最終調(diào)試出來的無人機(jī)，在實(shí)際中也有同樣的性能。現(xiàn)有的無人機(jī)調(diào)試平臺(tái)多為基于基座式的調(diào)試，該調(diào)試方法由于空間的限制很難高程度地逼近實(shí)際的應(yīng)用環(huán)境，而本發(fā)明通過視覺定位系統(tǒng)檢測(cè)無人機(jī)的姿態(tài)和位置，很好地解決了此問題。

本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。