一种用于无人机自动降落的地表面识别装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种用于无人机自动降落的地表面识别装置，属于控制领域，包括三轴陀螺仪传感器、三轴加速度传感器、三轴磁场传感器、超声波测距模块、卡尔曼滤波电路Ⅲ、IIR滤波电路、卡尔曼滤波电路Ⅰ、温度补偿电路、卡尔曼滤波电路Ⅱ、机体平衡分析电路、地表面分析电路、机体相对地面分析电路和输出端口电路。三轴陀螺仪、三轴加速度传感器和三轴磁场传感器测量确定装置机体相对水平面的姿态，测距模块测量装置机体相对低表面的距离从而确定装置相对地表面的姿态。根据装置机体相对水平面的姿态和装置机体相对地表面的姿态可以确定地表面相对水平面的姿态。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及控制领域，特别是涉及一种用于无人机自动降落的地表面识别装置。
技术介绍
近几年，无人机的发展势头十分猛烈，市场的需求也越来越大。军事、工业、农业以及消费类无人机开始广泛运用。然而目前无人机降落的方式大多是水平垂直降落，此种降落方式在倾斜的地面降落容易造成桨叶撞击地面毁坏无人机，在降落方面是一个不可忽视的问题。由此可见无人机降落时对降落地表面相对水平面的姿态识别十分重要。因此需要为无人机设计一种能够自动识别地面，能根据地面的状况进一步调节桨叶，从而使得无人机在任何一种地形降落都不会损坏到桨叶。
技术实现思路
针对上述存在的不足，本专利技术提供一种用于无人机自动降落的地表面识别装置。本专利技术通过以下技术方案解决上述问题：一种用于无人机自动降落的地表面识别装置，包括三轴陀螺仪传感器、三轴加速度传感器、三轴磁场传感器、超声波测距模块、卡尔曼滤波电路Ⅲ、IIR滤波电路、卡尔曼滤波电路Ⅰ、温度补偿电路、卡尔曼滤波电路Ⅱ、机体平衡分析电路、地表面分析电路、机体相对地面分析电路和输出端口电路；所述三轴陀螺仪传感器的输出端与卡尔曼滤波电路Ⅲ连接；所述三轴加速度传感器的输出端与IIR滤波电路连接；所述三轴磁场传感器的输出端与卡尔曼滤波电路Ⅰ连接；所述超声波测距模块的输出端经温度补偿电路与卡尔曼滤波电路Ⅱ连接；所述卡尔曼滤波电路Ⅲ和IIR滤波电路的输出端均与机体平衡分析电路连接；所述卡尔曼滤波电路Ⅰ的输出端分别与机体平衡分析电路和机体相对地面分析电路连接；所述卡尔曼滤波电路Ⅱ的输出端与机体相对地面分析电路连接；所述机体平衡分析电路和机体相对地面分析电路的输出端均与地表面分析电路连接；所述地表面分析电路的输出端与输出端口电路连接；所述输出端口电路与无人机的控制器连接。上述方案中，优选的是超声波测距模块包括四个超声波传感器和一块正方形或长方形的电路板，所述四个超声波传感器分别安装在电路板的四个角上。上述方案中，优选的是输出端口电路为串口输出电路和I2C输出电路。上述方案中，优选的是IIR滤波电路使用IIR低通滤波器。本专利技术的优点与效果是：本专利技术提供一种用于无人机自动降落的地表面识别装置，通过三轴陀螺仪、三轴加速度传感器和三轴磁场传感器测量确定装置机体相对水平面的姿态，测距模块测量装置机体相对低表面的距离从而确定装置相对地表面的姿态；根据装置机体相对水平面的姿态和装置机体相对地表面的姿态可以确定地表面相对水平面的姿态；该装置装在无人机上，测量出的地表面相对水平面姿态数据和装置机体相对水平面姿态数据通过接口传输至无人机控制系统，以便无人机根据地表面姿态做出相应的降落姿势。附图说明图1为本专利技术结构框图。具体实施方式以下结合实施例对本专利技术作进一步说明。一种用于无人机自动降落的地表面识别装置，如图1所示，包括三轴陀螺仪传感器、三轴加速度传感器、三轴磁场传感器、超声波测距模块、卡尔曼滤波电路Ⅲ、IIR滤波电路、卡尔曼滤波电路Ⅰ、温度补偿电路、卡尔曼滤波电路Ⅱ、机体平衡分析电路、地表面分析电路、机体相对地面分析电路和输出端口电路。其中，卡尔曼滤波电路Ⅲ、IIR滤波电路、卡尔曼滤波电路Ⅰ、温度补偿电路、卡尔曼滤波电路Ⅱ、机体平衡分析电路、地表面分析电路和机体相对地面分析电路为处理器的内部结构电路，处理器使用型号为STM32系列的单片机芯片或DSP的处理器。三轴陀螺仪传感器的输出端与卡尔曼滤波电路Ⅲ连接，三轴陀螺仪用于测量装置的横滚、俯仰和偏航角速度。三轴加速度传感器的输出端与IIR滤波电路连接，三轴加速度传感器用于测量重力在装置坐标轴的分量。三轴磁场传感器的输出端与卡尔曼滤波电路Ⅰ连接，三轴磁场传感器测量装置的偏航角。超声波测距模块的输出端经温度补偿电路与卡尔曼滤波电路Ⅱ连接，超声波测距模块用于测量装置机体到地表面的距离。卡尔曼滤波电路Ⅲ和IIR滤波电路的输出端均与机体平衡分析电路连接。卡尔曼滤波电路Ⅰ的输出端分别与机体平衡分析电路和机体相对地面分析电路连接。卡尔曼滤波电路Ⅱ的输出端与机体相对地面分析电路连接。机体平衡分析电路和机体相对地面分析电路的输出端均与地表面分析电路连接。地表面分析电路的输出端与输出端口电路连接。输出端口电路与无人机的控制器连接，输出端口电路为串口输出电路和I2C输出电路。机体平衡分析电路用于解算装置机体相对水平面姿态；机体相对地面分析电路处理器用于读取三轴陀螺仪、三轴加速度传感器、三轴磁场传感器和测距模块的实时数据，并且通过处理计算这些数据得到装置机体相对水平面的姿态和装置机体相对地表面的姿态以及地表面相对水平面的姿态。处理器通过输出端口电路把这些姿态数据传输给无人机。三轴陀螺仪传感器采集的数据通过卡尔曼滤波算法在卡尔曼滤波电路Ⅲ进行滤波。三轴加速度传感器采集的数据采用IIR低通滤波器滤波，三轴磁场传感器采用卡尔曼滤波算法在卡尔曼滤波电路Ⅰ中进行滤波。机体平衡分析电路使用陀螺仪传感器、加速传感器和三轴磁场传感器三种数据；姿态的俯仰角和横滚角使用陀螺仪和加速度传感器滤波后的数据融合求解，姿态的偏航角使用陀螺仪和磁场传感器滤波后的数据融合求解。超声波测距模块测量的原始数据噪声、误差比较大，首先将数据进行温度补偿然后再进行卡尔曼滤波。超声波测距模块测出各超声波模块到地表面的四个距离可以确定装置机体相对地表面的姿态的俯仰角和横滚角，三轴磁场传感器的滤波后的数据可以求解出方位角，可以作为机体相对地表面的参考航向角。由上述可得出装置机体相对水平面姿态和机体相对地表面姿态，通过这两种姿态可解出地表面面相对水平面的姿态，此姿态输出供无人机飞控做降落参考数据，方便无人机做出相应的降落方式。超声波测距模块测量的距离数据可以作为无人机定高飞行做参考依据，亦可作为无人机下降速度做参考。输出端口电路输出的数据有三种数据，分别为机体相对水平面姿态数据、地表面相对水平面姿态数据和机体哥超声波模块到地面的距离数据。以上已对本专利技术创造的较佳实施例进行了具体说明，但本专利技术并不限于实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本专利技术创造精神的前提下还可作出种种的等同的变型或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请的范围内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于无人机自动降落的地表面识别装置，其特征在于：包括三轴陀螺仪传感器、三轴加速度传感器、三轴磁场传感器、超声波测距模块、卡尔曼滤波电路Ⅲ、IIR滤波电路、卡尔曼滤波电路Ⅰ、温度补偿电路、卡尔曼滤波电路Ⅱ、机体平衡分析电路、地表面分析电路、机体相对地面分析电路和输出端口电路；所述三轴陀螺仪传感器的输出端与卡尔曼滤波电路Ⅲ连接；所述三轴加速度传感器的输出端与IIR滤波电路连接；所述三轴磁场传感器的输出端与卡尔曼滤波电路Ⅰ连接；所述超声波测距模块的输出端经温度补偿电路与卡尔曼滤波电路Ⅱ连接；所述卡尔曼滤波电路Ⅲ和IIR滤波电路的输出端均与机体平衡分析电路连接；所述卡尔曼滤波电路Ⅰ的输出端分别与机体平衡分析电路和机体相对地面分析电路连接；所述卡尔曼滤波电路Ⅱ的输出端与机体相对地面分析电路连接；所述机体平衡分析电路和机体相对地面分析电路的输出端均与地表面分析电路连接；所述地表面分析电路的输出端与输出端口电路连接；所述输出端口电路与无人机的控制器连接。

【技术特征摘要】
1.一种用于无人机自动降落的地表面识别装置，其特征在于：包括三轴陀螺仪传感器、三轴加速度传感器、三轴磁场传感器、超声波测距模块、卡尔曼滤波电路Ⅲ、IIR滤波电路、卡尔曼滤波电路Ⅰ、温度补偿电路、卡尔曼滤波电路Ⅱ、机体平衡分析电路、地表面分析电路、机体相对地面分析电路和输出端口电路；所述三轴陀螺仪传感器的输出端与卡尔曼滤波电路Ⅲ连接；所述三轴加速度传感器的输出端与IIR滤波电路连接；所述三轴磁场传感器的输出端与卡尔曼滤波电路Ⅰ连接；所述超声波测距模块的输出端经温度补偿电路与卡尔曼滤波电路Ⅱ连接；所述卡尔曼滤波电路Ⅲ和IIR滤波电路的输出端均与机体平衡分析电路连接；所述卡尔曼滤波电路Ⅰ的输出端分别与机体平衡分析电路和机体相对地面分析电路连接；...

【专利技术属性】
技术研发人员：李高宇，罗晓曙，符可鹏，
申请(专利权)人：广西师范大学，
类型：发明
国别省市：广西;45