本實(shí)用新型屬于飛行導(dǎo)航技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于飛行器的視覺導(dǎo)航與慣性導(dǎo)航的組合導(dǎo)航裝置。

背景技術(shù)：

飛行器具有機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)動(dòng)靈活、姿態(tài)多樣、可擴(kuò)展性好和易維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，因而在勘探、測(cè)繪、救援、航拍等領(lǐng)域扮演越來越重要的角色。而這些領(lǐng)域無一不要求相當(dāng)高的精確性、可靠性和自主性，現(xiàn)有的飛行器導(dǎo)航裝置導(dǎo)航方式單一，控制復(fù)雜，采集飛行器飛行參數(shù)誤差大，數(shù)據(jù)處理繁瑣，且飛行器自身自重較大，嚴(yán)重消耗飛行器自帶電能，縮短飛行時(shí)間，因此，現(xiàn)如今缺少一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、自重輕、數(shù)據(jù)采集精度高的基于飛行器的視覺導(dǎo)航與慣性導(dǎo)航的組合導(dǎo)航裝置，通過鏤空結(jié)構(gòu)減少機(jī)身自重，采用四軸式飛行器結(jié)構(gòu)，控制簡(jiǎn)單，飛行平穩(wěn)，通過聲吶傳感器與氣壓計(jì)的結(jié)合時(shí)間飛行器高度的采集，避免翼地效應(yīng)對(duì)飛行器造成的干擾，提高數(shù)據(jù)采集控制的精度。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題在于針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種基于飛行器的視覺導(dǎo)航與慣性導(dǎo)航的組合導(dǎo)航裝置，可通過視覺導(dǎo)航與慣性導(dǎo)航的方式完成飛行器導(dǎo)航工作，自重輕，精度高，便于推廣使用。

為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是：基于飛行器的視覺導(dǎo)航與慣性導(dǎo)航的組合導(dǎo)航裝置，其特征在于：包括飛行器、安裝在所述飛行器底部的探測(cè)單元和安裝在所述飛行器頂部用于驅(qū)動(dòng)所述飛行器運(yùn)行的飛行器控制單元，以及用于遠(yuǎn)程遙控所述飛行器的地面監(jiān)測(cè)中心，所述飛行器為四軸飛行器，所述四軸飛行器包括矩形鏤空的機(jī)身和四個(gè)分別沿機(jī)身的四個(gè)直角所指方向向外安裝的鏤空的機(jī)翼，機(jī)翼遠(yuǎn)離機(jī)身的一端安裝有螺旋槳，所述探測(cè)單元包括高清攝像頭以及均用于采集所述飛行器相對(duì)地面飛行高度的聲吶傳感器和氣壓計(jì)，飛行器控制單元包括處理器和蓄電池，以及均與處理器相接的存儲(chǔ)器、定時(shí)器和用于與地面監(jiān)測(cè)中心數(shù)據(jù)傳輸?shù)臒o線通信模塊，處理器的輸入端接有避障模塊和用于采集所述飛行器飛行姿態(tài)的慣性傳感器，處理器的輸出端接有用于驅(qū)動(dòng)螺旋槳轉(zhuǎn)動(dòng)的電機(jī)。

上述的基于飛行器的視覺導(dǎo)航與慣性導(dǎo)航的組合導(dǎo)航裝置，其特征在于：所述處理器采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。

上述的基于飛行器的視覺導(dǎo)航與慣性導(dǎo)航的組合導(dǎo)航裝置，其特征在于：所述螺旋槳上安裝有用于指示所述飛行器位置的照明指示燈，照明指示燈的輸入端與處理器的輸出端相接。

上述的基于飛行器的視覺導(dǎo)航與慣性導(dǎo)航的組合導(dǎo)航裝置，其特征在于：所述地面監(jiān)測(cè)中心輸出端接有用于顯示所述飛行器飛行路徑的顯示器，地面監(jiān)測(cè)中心為計(jì)算機(jī)。

上述的基于飛行器的視覺導(dǎo)航與慣性導(dǎo)航的組合導(dǎo)航裝置，其特征在于：所述慣性傳感器為慣性傳感器MPU6050。

本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1、本實(shí)用新型采用高清攝像頭和慣性傳感器，并結(jié)合聲吶傳感器和氣壓計(jì)采集飛行器實(shí)時(shí)飛行高度，實(shí)現(xiàn)飛行器視覺導(dǎo)航與慣性導(dǎo)航結(jié)合的方式完成飛行器導(dǎo)航工作，氣壓計(jì)適用于遠(yuǎn)地高度測(cè)量，聲吶傳感器適用于近地高度測(cè)量，聲吶傳感器的使用避免了由于飛行器近地飛行產(chǎn)生的翼地效應(yīng)而導(dǎo)致的飛行器高度數(shù)據(jù)測(cè)量不準(zhǔn)的問題，便于推廣使用。

2、本實(shí)用新型飛行器采用四軸飛行器，飛行平穩(wěn)，控制簡(jiǎn)單，通過鏤空的機(jī)身設(shè)計(jì)減少機(jī)身自重，進(jìn)而減少蓄電池電能的消耗，延長(zhǎng)了飛行器飛行時(shí)間，可靠穩(wěn)定，使用效果好。

3、本實(shí)用新型設(shè)計(jì)新穎合理，體積小，飛行器飛行過程中通過避障模塊躲避飛行器在空中飛行的障礙物，避免飛行器飛行中與阻而導(dǎo)致?lián)p壞，實(shí)用性強(qiáng)，便于推廣使用。

綜上所述，本實(shí)用新型設(shè)計(jì)新穎合理，可通過視覺導(dǎo)航與慣性導(dǎo)航的方式完成飛行器導(dǎo)航工作，自重輕，精度高，便于推廣使用。

下面通過附圖和實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。

附圖說明

圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本實(shí)用新型的電路原理框圖。

附圖標(biāo)記說明:

1—機(jī)身； 2—機(jī)翼； 3—螺旋槳；

4—飛行器控制單元； 4-1—處理器； 4-2—蓄電池；

4-3—電機(jī)驅(qū)動(dòng)器； 4-4—電機(jī)； 4-5—定時(shí)器；

4-6—存儲(chǔ)器； 4-7—無線通信模塊； 5—高清攝像頭；

6—聲吶傳感器； 7—?dú)鈮河?jì)； 8—慣性傳感器；

9—避障模塊； 10—照明指示燈； 11—地面監(jiān)測(cè)中心；

12—顯示器。

具體實(shí)施方式

如圖1和圖2所示，本實(shí)用新型包括飛行器、安裝在所述飛行器底部的探測(cè)單元和安裝在所述飛行器頂部用于驅(qū)動(dòng)所述飛行器運(yùn)行的飛行器控制單元4，以及用于遠(yuǎn)程遙控所述飛行器的地面監(jiān)測(cè)中心11，所述飛行器為四軸飛行器，所述四軸飛行器包括矩形鏤空的機(jī)身1和四個(gè)分別沿機(jī)身1的四個(gè)直角所指方向向外安裝的鏤空的機(jī)翼2，機(jī)翼2遠(yuǎn)離機(jī)身1的一端安裝有螺旋槳3，所述探測(cè)單元包括高清攝像頭5以及均用于采集所述飛行器相對(duì)地面飛行高度的聲吶傳感器6和氣壓計(jì)7，飛行器控制單元4包括處理器4-1和蓄電池4-2，以及均與處理器4-1相接的存儲(chǔ)器4-6、定時(shí)器4-5和用于與地面監(jiān)測(cè)中心11數(shù)據(jù)傳輸?shù)臒o線通信模塊4-7，處理器4-1的輸入端接有避障模塊9和用于采集所述飛行器飛行姿態(tài)的慣性傳感器8，處理器4-1的輸出端接有用于驅(qū)動(dòng)螺旋槳3轉(zhuǎn)動(dòng)的電機(jī)4-4。

探測(cè)單元安裝在所述飛行器底部是為了采集地面信息，便于拾取飛行器下部參考物，實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航數(shù)據(jù)參考對(duì)比，所述飛行器采用四軸飛行器是為了方便控制飛行器飛行平衡，易于控制，四軸飛行器的機(jī)身1采用矩形鏤空結(jié)構(gòu)，四軸飛行器的機(jī)翼2也采用鏤空結(jié)構(gòu)，是為了實(shí)現(xiàn)四軸飛行器整體自重的減小，減少螺旋槳起飛的阻力，同時(shí)減少電機(jī)4-4功耗，進(jìn)而減少蓄電池4-2電能的消耗，延長(zhǎng)飛行器飛行續(xù)航時(shí)間，四個(gè)機(jī)翼2分別沿機(jī)身1的四個(gè)直角所指方向向外安裝，是為了更好的使用矩形機(jī)身1有效面積，增大機(jī)翼2與機(jī)身1連接的面積，增加飛行器牢固性，優(yōu)選的機(jī)身1采用正方形結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)飛行器整理結(jié)構(gòu)對(duì)稱，制作簡(jiǎn)單。

高清攝像頭5采集飛行器飛行過程中地面的圖像數(shù)據(jù)，并通過無線通信模塊4-7遠(yuǎn)程傳輸回地面監(jiān)測(cè)中心11，采用聲吶傳感器6和氣壓計(jì)7采集所述飛行器相對(duì)地面飛行高度，其中，聲吶傳感器6采集近地高度精度高，氣壓計(jì)7采集遠(yuǎn)地高度精度高，由于飛行器近地飛行時(shí)，螺旋槳產(chǎn)生的氣流與地面作用產(chǎn)生翼地效應(yīng)導(dǎo)致氣壓計(jì)7采集的飛行器高度數(shù)據(jù)偏差較大，聲吶傳感器6是為了配合氣壓計(jì)7采集飛行器近地飛行的高度。

避障模塊9的設(shè)置是為了避免飛行器在高空飛行時(shí)，遇到障礙物而損壞，慣性傳感器8的設(shè)置是為了采集飛行器的飛行姿態(tài)，與高清攝像頭5采集的數(shù)據(jù)圖像信息結(jié)合實(shí)現(xiàn)視覺導(dǎo)航與慣性導(dǎo)航的組合導(dǎo)航。

本實(shí)施例中，所述處理器4-1采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)器4-3驅(qū)動(dòng)電機(jī)4-4轉(zhuǎn)動(dòng)。

電機(jī)驅(qū)動(dòng)器4-3的設(shè)置是為了精確的控制電機(jī)4-4轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)螺旋槳3轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生向上的上升力。

本實(shí)施例中，所述螺旋槳3上安裝有用于指示所述飛行器位置的照明指示燈10，照明指示燈10的輸入端與處理器4-1的輸出端相接。

照明指示燈10的設(shè)置一是為了飛行器在夜晚飛行時(shí)為高清攝像機(jī)5提供有效光照，便于圖像信息的清晰采集；二是為了飛行器在夜晚飛行時(shí)便于操作者觀察飛行器的位置，照明指示燈10的移動(dòng)軌跡確定了飛行器的移動(dòng)軌跡。

本實(shí)施例中，所述地面監(jiān)測(cè)中心11輸出端接有用于顯示所述飛行器飛行路徑的顯示器12，地面監(jiān)測(cè)中心11為計(jì)算機(jī)。

本實(shí)施例中，所述慣性傳感器8為慣性傳感器MPU6050。

慣性傳感器MPU6050的設(shè)置整合了6軸運(yùn)動(dòng)處理組件，相較于多組件方案，免除了組合陀螺儀與加速器時(shí)之軸間差的問題，減少了大量的封裝空間。

本實(shí)用新型使用時(shí)，提前在存儲(chǔ)器4-6中存儲(chǔ)聲吶傳感器6高度數(shù)據(jù)采集閾值，采用蓄電池4-2為飛行器各個(gè)用電模塊供電，處理器4-1控制電機(jī)驅(qū)動(dòng)器4-3驅(qū)動(dòng)電機(jī)4-4轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)螺旋槳3轉(zhuǎn)動(dòng)，使飛行器起飛，采用高清攝像頭5實(shí)時(shí)采集地面的圖像信息并實(shí)時(shí)通過無線通信模塊4-7傳輸至地面監(jiān)測(cè)中心11，采用聲吶傳感器6和氣壓計(jì)7采集飛行器的高度，當(dāng)聲吶傳感器6采集的飛行器高度小于存儲(chǔ)器4-6中存儲(chǔ)的高度數(shù)據(jù)采集閾值時(shí)，采用聲吶傳感器6采集的高度數(shù)據(jù)作為飛行器的高度數(shù)據(jù)，當(dāng)聲吶傳感器6采集的飛行器高度大于存儲(chǔ)器4-6中存儲(chǔ)的高度數(shù)據(jù)采集閾值時(shí)，采用氣壓計(jì)7采集的高度數(shù)據(jù)作為飛行器的高度數(shù)據(jù)，同時(shí)通過慣性傳感器8采集飛行器飛行的姿態(tài)數(shù)據(jù)，定時(shí)器4-5記錄飛行器飛行時(shí)數(shù)據(jù)采集對(duì)應(yīng)的時(shí)間，將探測(cè)單元采集的數(shù)據(jù)均通過無線通信模塊4-7傳輸至地面監(jiān)測(cè)中心11，地面監(jiān)測(cè)中心11通過外接顯示器12實(shí)時(shí)顯示飛行器飛行位置信息，當(dāng)導(dǎo)航的時(shí)間為夜晚時(shí)，可通過照明指示燈10為高清攝像頭5補(bǔ)光，也可地面監(jiān)測(cè)人員肉眼查看飛行器飛行位置，實(shí)現(xiàn)視覺導(dǎo)航與慣性導(dǎo)航的組合導(dǎo)航，效果好。

以上所述，僅是本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例，并非對(duì)本實(shí)用新型作任何限制，凡是根據(jù)本實(shí)用新型技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何簡(jiǎn)單修改、變更以及等效結(jié)構(gòu)變化，均仍屬于本實(shí)用新型技術(shù)方案的保護(hù)范圍內(nèi)。