一种基于树莓派的四旋翼无人机视觉导航系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于树莓派的四旋翼无人机视觉导航系统及方法。该系统包括飞行控制板、驱动模块、电源检测模块、视觉处理模块、高度测量模块、遥控器控制模块和无线通信模块，其中飞行控制板包括飞控处理器、通信模块和姿态采集模块。方法为：首先控制无人机飞行至稳定高度后，切换至自动控制模式；然后利用树莓派获取摄像头图像进行目标提取，计算目标相对于无人机的位置偏差，将位置偏差信息传递至飞控处理器，使用姿态角信息对位置偏差信息进行补偿获取最终偏差信息；最后利用PID算法和偏差信息计算出控制输出值，控制无人机进行跟踪飞行。本发明专利技术系统可移植性强，成本低廉，方法简便，能够在没有GPS信号的情况下进行无人机的自主导航。

Vision navigation system and method of four rotor UAV Based on raspberry pie

The invention discloses a vision navigation system and method of a four rotor UAV Based on raspberry pie. The system includes flight control board, driving module, power detection module, visual processing module, altitude measurement module, remote control control control module and wireless communication module, and the flight control board includes flight control processor, communication module and attitude acquisition module. The method is as follows: first, control the UAV to a stable altitude, then switch to automatic control mode; then use the raspberry pie to get the camera image for target extraction, calculate the position deviation of the target relative to the UAV, transfer the position deviation information to the flight control processor, use the attitude angle information to compensate the position deviation information to obtain the final deviation information; finally, use PID calculation Method and deviation information are used to calculate the control output value and control the UAV for tracking flight. The system has the advantages of strong portability, low cost and simple method, and can carry out autonomous navigation of UAV without GPS signal.

【技术实现步骤摘要】
一种基于树莓派的四旋翼无人机视觉导航系统及方法
本专利技术涉及多旋翼无人机控制与导航
，特别是一种基于树莓派的四旋翼无人机视觉导航系统及方法。
技术介绍
四旋翼无人机是一种具有结构紧凑、体积小、飞行平稳、灵活性高等优点，能够实现多种复杂任务的多旋翼无人机，在军用和民用领域都有着非常广泛的应用。随着无人机的广泛应用，其需执行的任务复杂度逐渐增加，使之对导航技术的要求逐渐提高，导航技术对于无人机任务的成功执行具有决定性作用。当前，无人机常用的导航方案有惯性系统导航、GPS导航和视觉导航等。惯性系统导航依赖于惯性测量元件，其利用加速度计感测轴向运动加速度，进行运算后提供完备的导航信息，如位置、速度和姿态等，具有短期精度高、稳定性强以及较好隐蔽性的优点，但随着时间的增加，累积误差逐渐增大，导致精度降低，不宜单独使用。GPS导航方式精度高，能实现全天候导航，但GPS导航方式依赖于GPS信号强度，在GPS信号较差的区域内无法实现高精度导航，自主性较差，易受电子干扰，具有一定的局限性。视觉导航是一种随着视觉传感器、计算机技术的迅速发展而产生的导本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于树莓派的四旋翼无人机视觉导航系统，其特征在于，该系统利用树莓派实现视觉导航，使视觉导航与控制部分相互独立，具体包括飞行控制板(1)、驱动模块(2)、电源检测模块(3)、视觉处理模块(4)、高度测量模块(5)、遥控器控制模块(6)和无线通信模块(7)，其中：/n所述飞行控制板(1)，包括飞控处理器和飞行姿态采集模块；所述飞控处理器，通过飞行姿态采集模块采集飞行姿态数据，并利用PID控制方法进行解算，输出不同占空比的PWM信号驱动无刷电机，控制四旋翼无人机的飞行姿态；所述飞行姿态采集模块，采用IMU惯性测量单元，包括3轴加速度计和3轴陀螺仪，对四旋翼无人机进行飞行姿态进行测量，其中3轴...

【技术特征摘要】
1.一种基于树莓派的四旋翼无人机视觉导航系统，其特征在于，该系统利用树莓派实现视觉导航，使视觉导航与控制部分相互独立，具体包括飞行控制板(1)、驱动模块(2)、电源检测模块(3)、视觉处理模块(4)、高度测量模块(5)、遥控器控制模块(6)和无线通信模块(7)，其中：
所述飞行控制板(1)，包括飞控处理器和飞行姿态采集模块；所述飞控处理器，通过飞行姿态采集模块采集飞行姿态数据，并利用PID控制方法进行解算，输出不同占空比的PWM信号驱动无刷电机，控制四旋翼无人机的飞行姿态；所述飞行姿态采集模块，采用IMU惯性测量单元，包括3轴加速度计和3轴陀螺仪，对四旋翼无人机进行飞行姿态进行测量，其中3轴加速度计用于测量线性加速度，3轴陀螺仪用于测量旋转角速度；
所述驱动模块(2)，包括无刷电机和电调，利用飞行控制板(1)输入的信号，实现四旋翼无人机的稳定飞行；
所述电源检测模块(3)，用于监测电池状态，包括电压、电流，并能够与地面站连接实时观测；
所述视觉处理模块(4)，用于对目标进行检测和图像处理，获取目标与无人机的相对坐标，并通过串口通信方式，将信息发送给飞行控制板(1)中的飞控处理器，根据实时目标状态信息对无人机飞行姿态进行调整，以实现目标的导航跟踪；
所述高度测量模块(5)，采用模拟声纳测量无人机当前飞行的相对高度，通过滤波对数据进行平滑处理，得到高度信息作为反馈，对四旋翼无人机的飞行高度进行控制；
所述遥控器模块(6)，包括PPM编码器和遥控器，通过遥控器输出信号，利用PPM编码器对遥控器输出的信号进行编码，对无人机进行飞行控制；
所述无线通信模块(7)，用于无人机与地面站之间的通信交互，实现数据的接收与发送以及无人机的状态监控。


2.根据权利要求1所述的基于树莓派的四旋翼无人机视觉导航系统，其特征在于，所述的四旋翼无人机为四轴飞行器，设置有四个呈十字交叉结构的机臂及悬桨，两两相对的悬桨转动方向一致，四个悬桨配备有无刷电机和电调，通过飞行控制板...

【专利技术属性】
技术研发人员：王荣梅，沈子超，戚国庆，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32