一种四旋翼飞行器激光循迹导航系统技术方案

本实用新型专利技术提供一种四旋翼飞行器激光循迹导航系统，通过由激光管制作成的激光传感器来采集路面的信息，辅助调整飞行方向，从而保证激光传感器始终围绕白线转动，控制系统不出现丢线情况；比传统导航更为简便易于操作，成本更低，且定位更为精准，对于室内导航的发展有一定的促进意义；采用激光传感器将检测到的黑白线路径信息传给微处理器，相比于传统的红外传感器，由于判断条件更明确，反馈速度更快，激光传感器具有较强的抗干扰能力和较好的前瞻性，能够快速稳定地实现循迹功能；激光模块采用分离式模块化设计，每个传感器用螺丝旋紧的方式拼接，相比现有整体集合性的激光模块，分离式的设计更便于更换损坏零件，降低成本，延长使用寿命。

A laser tracking navigation system for four rotor aircraft

The utility model provides a laser tracking navigation system for four rotor aircraft. Through the laser sensor produced by the laser tube, the information of the road surface is collected and the direction of the flight is adjusted. Thus the laser sensor is always rotated around the white line, and the control system does not lose the line condition; it is more convenient and easy to operate than the traditional navigation. As a result, the cost is lower and the positioning is more accurate. It has a certain significance for the development of indoor navigation. The information of black and white line path detected by the laser sensor is passed to the microprocessor. Compared to the traditional infrared sensor, the feedback speed is faster and the laser sensor has stronger resistance. The interference ability and the better foresight, can realize the tracking function quickly and steadily; the laser module adopts the separate modular design, each sensor is stitched with screw tightly. Compared with the existing integrated laser module, the separate design is more convenient to replace the damaged parts, reduce the cost and prolong the service life.

【技术实现步骤摘要】
一种四旋翼飞行器激光循迹导航系统
本技术属于无人机导航
，具体涉及一种四旋翼飞行器激光循迹导航系统。
技术介绍
四旋翼，国外又称Quadrotor，Four-rotor，4rotorshelicopter，X4-flyer等等，是一种电动的、能够垂直起降(VTOLVerticalTake-OffandLanding)的、机械结构简单的、具有四个独立电机驱动的螺旋桨的飞行器，并且四个螺旋桨呈十字形交叉结构，相对的四旋翼具有相同的旋转方向，相邻的旋转方向相反。与传统的直升机不同，四旋翼只能通过改变螺旋桨的速度来实现各种动作，属于欠驱动系统。近年来，随着微系统、传感器以及控制理论等技术的发展，四旋翼飞行器以其特有的优势引起了人们的广泛关注，已经成为国际航空飞行器领域新的研究热点，四旋翼飞行器在灾害搜救、大地测量、气象监测、灾害预报、城市安防和军事应用等领域具有巨大的应用前景。目前，世界上的各大高校和科研机构对四旋翼飞行器的研究主要可以分为三类：遥控航模四旋翼飞行器、小型四旋翼飞行器以及微型四旋翼飞行器。在遥控航模四旋翼飞行器领域，主要为使用MEMS加速度计、陀螺仪传感器和超声波测距传感器等多种传感器，多个捕获器、广角摄像头、高速摄像头和机载控制器相结合，可以简单轻松地对飞行器进行远程飞行操纵；在小型和微型四旋翼飞行器领域，主要包括对四旋翼飞行器系统建模和控制策略的研究以及基于四旋翼飞行器任务功能的实现。目前，市场上的四旋翼飞行器多需利用遥控器与接收机人为对其进行遥控操纵飞行，或者是利用摄像头回传的图像数据进行分析处理从而控制四旋翼进行自主飞行。由于图像回传速度、精度的约束，在如室内等较为狭小的环境中，无法使四旋翼飞行器及时的进行对路线的自动识别，并按照一定的路线飞行。
技术实现思路
有鉴于此，本技术的目的是提供一种四旋翼飞行器激光循迹导航系统，在四旋翼飞行器上搭载激光器，利用激光的发射和接收情况进行分析处理，从而使四旋翼飞行器能够实现自主循迹飞行。一种四旋翼飞行器激光循迹导航系统，包括控制模块、底板(1)以及激光模块(2)；所述激光模块(2)共有8个，分3行乘3列布置，其中，第二行第二列的位置为空；所述激光模块(2)包括激光发射器和激光接收器；所述控制模块控制各个激光发射器的开关，然后接收激光接收器反馈的信息，进行分析和处理后，对所述四旋翼飞行器进行辅助飞行控制。进一步的，还包括超声波模块(3)，布置在所述第二行第二列的位置。进一步的，激光模块(2)包括电路板(26)以及安装在其上的接线口(21)、调制器(22)、激光管(23)、透镜(24)、解调器(25)以及安装孔(27)；接线口(21)两端分别连接电路板(26)和控制模块；电路板(26)从控制模块接收激光控制信号，控制调制器(22)、产生激光信号，并由激光管(23)发射激光；透镜(24)接收并聚焦激光，经解调器(25)处理后得到激光信号发送给电路板(26)，最后经由接线口(21)反馈给控制模块。较佳的，第一行的三个所述激光模块(2)的激光发射器光轴方向朝前倾斜设定的角度。本技术具有如下有益效果：(1)本技术的激光循迹导航系统设计的主要思路是通过由激光管制作成的激光传感器来采集路面的信息，并利用电机转速调整飞行方向，从而保证飞行器始终围绕白线转动，控制系统不出现丢线情况。比传统导航更为简便易于操作，成本更低，且定位更为精准，对于室内导航的发展有一定的促进意义。(2)本技术采用激光传感器将检测到的黑白线路径信息传给微处理器，软件编程采用已有速度和转角的闭环控制方法，进而实现了驱动电机的速度控制和转向舵机的转角控制。相比于传统的红外传感器，由于判断条件更明确，反馈速度更快，激光传感器具有较强的抗干扰能力和较好的前瞻性，能够快速稳定地实现循迹功能。(3)本技术的激光模块采用分离式模块化设计，每个传感器用螺丝旋紧的方式拼接，相比现有整体集合性的激光模块，分离式的设计更便于更换损坏零件，降低成本，延长使用寿命。附图说明图1为现有的四旋翼飞行器的外形图；图2为本技术的导航模块的示意图；图3(a)为本技术的激光模块的正视图；图3(b)为本技术的激光模块的俯视图；其中，1-底板；2-激光模块；3-超声波模块；21-接线口；22-调制器；23-激光管；24-透镜；25-解调器；26-电路板；27-螺丝固定孔。具体实施方式下面结合附图并举实施例，对本技术进行详细描述。一种四旋翼飞行器激光循迹导航系统，地面铺设有飞行器循迹飞行的白线，如图1所示，包括控制模块、底板(1)、激光模块(2)以及超声波模块(3)；共有8个激光模块(2)，分3行乘3列布置，其中，第二行第二列的位置为空，布置所述超声波模块(3)。如图3(a)和3(b)所示，激光模块(2)包括电路板(26)以及安装在其上的接线口(21)、调制器(22)、激光管(23)、透镜(24)、解调器(25)以及安装孔(27)；调制器(22)和激光管(23)组成激光发射器；透镜(24)和解调器(25)组成激光接收器。接线口(21)两端分别连接电路板(26)和控制模块；电路板(26)从控制模块接收激光控制信号，控制调制器产生激光信号，并由激光管(23)发射激光；当发射的激光照射到地面设置的白线后，激光反射回来，经透镜(24)接收并聚焦到解调器(25)，经解调器(25)处理后得到激光信号发送给电路板(26)，最后经由接线口(21)反馈给控制模块。安装孔(27)用于将电路板(26)固定在底板(1)上。所述控制模块采用NI-myRIO开发，经由每个激光模块(2)的电路板(26)控制各个激光管(23)的开关，然后利用激光模块(2)所反馈的信息进行分析和处理，并对已有的开源飞控进行控制；所述超声波模块(3)用于补充飞控的不足，通过超声波发射出至接收到的时间差进行计算，从而获取四旋翼飞行器的飞行高度，并依据飞行器当前高度对飞行器的飞行高度进行控制，使得飞行器的高度保持稳定，防止解调器(25)对激光反射信号的有无产生误判。所述底板(1)为一块利用激光雕刻的亚克力板，四个角各有一个小孔，用于与飞行器底部连接。底板(1)与激光模块(2)通过螺钉进行固定连接，所述底板(1)与超声波模块(3)通过热熔胶进行固定连接。利用Labview编写关于激光模块的分时发射与接收程序(该程序将通过NI-myRIO对激光模块进行控制)，通过控制激光发射管(23)的使能端来实现激光管(23)分时工作。即同一时刻只有部分激光管(23)工作，其余激光管(23)关闭，但所有的接收管都可进行接收，接收到激光的接收管输出高电平，只要有一只接收管输出高电平，就说明接收到激光，当前时刻亮起发射管前方即为白线。激光模块的反馈信号辅助导航的方法如下：当激光模块(2.4)和激光模块(2.5)的接收器均没有接收到反射信号，说明两侧的激光管(23)没有照射到循迹白线，如果此时激光模块(2.2)和激光模块(2.7)的接收器均接收到反射信号时，说明中间的激光管(23)照射到了循迹白线，则此时飞行器直行，没有偏航或漂移；当激光模块(2.1)和激光模块(2.7)的接收器均接收到反射信号，说明外侧和中间的激光管(23)都照射到循迹白线，如果此时激光本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种四旋翼飞行器激光循迹导航系统，其特征在于，包括控制模块、底板(1)以及激光模块(2)；所述激光模块(2)共有8个，分3行乘3列布置，其中，第二行第二列的位置为空；所述激光模块(2)包括激光发射器和激光接收器；所述控制模块控制各个激光发射器的开关，然后接收激光接收器反馈的信息，进行分析和处理后，对所述四旋翼飞行器进行辅助飞行控制。

【技术特征摘要】
1.一种四旋翼飞行器激光循迹导航系统，其特征在于，包括控制模块、底板(1)以及激光模块(2)；所述激光模块(2)共有8个，分3行乘3列布置，其中，第二行第二列的位置为空；所述激光模块(2)包括激光发射器和激光接收器；所述控制模块控制各个激光发射器的开关，然后接收激光接收器反馈的信息，进行分析和处理后，对所述四旋翼飞行器进行辅助飞行控制。2.如权利要求1所述的一种四旋翼飞行器激光循迹导航系统，其特征在于，还包括超声波模块(3)，布置在所述第二行第二列的位置。3.如权利要求1所述的一种四旋翼飞行器激光循迹导航系统，其特征在于，激光模块(2)包...

【专利技术属性】
技术研发人员：王甜，王孜颖，张燕，苏波，张盛博，何敬锁，
申请(专利权)人：首都师范大学，
类型：新型
国别省市：北京,11