多旋翼飞行器自动瞄准投射平台制造技术

本发明专利技术一种多旋翼飞行器自动瞄准投射平台，对多旋翼进行嵌入式系统开发，使其具备弹道计算能力与自动瞄准功能，实现定点准确投射。“投射”这一任务动作在多旋翼飞行器上并不常见。原因便在于投射这一动作将引起机体巨大的动量变化，这种变化给云台和飞行器的稳定性带来了巨大的挑战。“投射”的应用很多，如高楼救火投射灭火弹、单兵作战的火炮发射、紧急救援物资的投射等，而传统的“抓取直接下抛”的方式，在这些应用场合，非常地受限。因此，此多旋翼飞行器投射平台，具有非常高的市场价值。

Automatic Aiming and Projection Platform for Multi-Rotor Aircraft

The invention provides an automatic aiming and projecting platform for multi-rotor aircraft, which develops an embedded system for multi-rotor, so that it has the ballistic calculation ability and automatic aiming function, and realizes accurate projection at fixed points. The mission of \projection\ is not common in multi-rotor aircraft. The reason is that the projection will cause huge momentum changes in the body, which bring great challenges to the stability of the platform and aircraft. There are many applications of \projection\, such as fire-fighting projection of high buildings, artillery launching of individual operations, emergency relief materials projection and so on. However, the traditional \grab and drop\ method is very limited in these applications. Therefore, this multi-rotor aircraft projection platform has very high market value.

【技术实现步骤摘要】
多旋翼飞行器自动瞄准投射平台
本项目旨在设计一个多旋翼飞行器自动瞄准投射平台，对多旋翼进行嵌入式开发，使其具备定点准确投射功能。
技术介绍
多旋翼飞行器近些年发展迅猛，然而目前其主要任务载荷仍然是各类感知设备，如光学摄像头、激光雷达等，而基于多旋翼的投射装置并不常见。
技术实现思路
该平台结合了VR第一视角飞行、激光SLAM、视觉追踪与弹道计算等四项技术。自动瞄准系统分三步走，操纵者以VR第一视角搜寻目标，确定目标后锁定，而后计算平台执行视觉追踪程序，当飞行器正对目标时，计算平台根据激光雷达数据进行弹道计算，一切处理完成后，操作者只需拨动开关，即可完成准确的投射。1.整体框架设计树莓派是整个项目的大脑，主要负责接收处理各个外设的数据并进行一定的决策，进而与云台子系统进行交互。系统的交互逻辑比较复杂，若采用传统的单体应用，会有以下问题：1)系统复杂：内部多个模块紧耦合，关联依赖复杂，牵一发而动全身；2)维护困难：变更或升级的影响分析困难，任何一个小修改都可能导致单体应用整体运行出现故障；3)无法扩展：当需要为整个系统添加新的功能时，很容易造成冲突乃至整体的崩溃。因此应该需要一个具有高度拓展性的模块化架构。对于这种情况，业内常用的解决方案有以下两种：基于ESB的SOA架构和微服务架构。2.通讯协议设计通讯协议的消息格式采用Json的消息格式。主要分为Header和Content两大类。其中Header主要记录动作类型(例如控制各个模块间的通讯情况)，而content内容则依据Header的内容而已，主要传递相关消息所需要的参数。3.系统总控模块系统总控模块在功能上负责接收其他模块传递来的信息并解析信息执行相关命令。其核心是一个状态机，当系统处于某个状态时，他只会处理改状态对应的消息。此项目中有两个模式供用户选择，一是自动瞄准跟踪模式，二是人头部姿态控制(对目标进行锁定实现自动模式的辅助)。同时，该项目模块众多，这样可以避免多个模块同时操纵云台而产生冲突。4.弹道计算模块此处为实现精确计算需要事先获知多旋翼和用户标定目标的相对位置。在某一时刻相对位置仅由两者连线距离及与水平面夹角决定，及求解简单三角形。其中，夹角通过查询云台姿态获得，距离通过激光模块测距获得。将初始条件输入弹道计算程序中解算以获得最佳发射状态。进而更新云台姿态进入预发射状态。具体弹道模型计算在在第三章会详细说明。5.图像识别模块图像识别子系统主要负责完成用户标定目标的锁定与跟踪。考虑到树莓派的性能问题，其很难支持大型的神经网络运算，我们采用特征-分类器的检测算法。该算法首先需要一个在其他设备上实现训练好的特征文件。在特征选取方面，我们选取了Haar特征。它能够在保证一定正确率的基础上减少运算量，对比传统的HOG特征更适合本项目需求。在分类器的选取上，选取了Adaboost级联分类器。它由多个弱分类器组成为一个强分类器。当目标出现频率较低的时候，筛选式的级联分类器可以显著地降低计算量，因为大部分被检测的区域可以很早被筛选掉，迅速判断该区域没有要求被检测的物体。PID控制器则是负责将图像识别子系统得到的像素距离，转化为控制指令控制云台指向正确的目标。附图说明下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明。图1为本专利技术示意图。图2为本专利技术工作流程图。图3为整体构架设计图。图4为图像识别分类器算法流程图。图中1.单片机，2.激光雷达，3.飞控，4.摄像头，5.发射筒。具体实施方式具体实现是自动瞄准系统分三步走，操纵者以VR第一视角搜寻目标，确定目标后锁定，而后计算平台执行视觉追踪程序，此时计算平台向飞行器控制器发送运动指令，当飞行器正对目标时，计算平台根据激光雷达数据进行弹道计算，一切处理完成后，操作者只需拨动开关，即可完成较准确的投射。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一个多旋翼飞行器自动瞄准投射平台，其特征在于，包括：(1)单片机，(2)激光雷达，(3)飞控，(4)摄像头，(5)发射筒。

【技术特征摘要】
1.一个多旋翼飞行器自动瞄准投射平台，其特征在于，包括：(1)单片机，(2)激光雷达，(3)飞控，(4)摄像头，(5)发射筒。2.根据权利要求1所述的投射平台，其特征在于，树莓派是整个项目的大脑，主要负责接收处理各个外设的数据并进行一定的决策，进而与云台子系统进行交互。3.根据权利要求1所述的投射平台，其特征在于，通讯协议的消息格式采用Json的消息格式；分为Header和Content两大类；其中Header主要记录动作类型(例如控制各个模块间的通讯...

【专利技术属性】
技术研发人员：鲍乙乙，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京,11