本發(fā)明涉及控制領(lǐng)域，特別是涉及一種用于無人機(jī)自動(dòng)降落的地表面識(shí)別裝置 。
背景技術(shù)：
近幾年，無人機(jī)的發(fā)展勢(shì)頭十分猛烈，市場(chǎng)的需求也越來越大。軍事、工業(yè)、農(nóng)業(yè)以及消費(fèi)類無人機(jī)開始廣泛運(yùn)用。然而目前無人機(jī)降落的方式大多是水平垂直降落，此種降落方式在傾斜的地面降落容易造成槳葉撞擊地面毀壞無人機(jī)，在降落方面是一個(gè)不可忽視的問題。由此可見無人機(jī)降落時(shí)對(duì)降落地表面相對(duì)水平面的姿態(tài)識(shí)別十分重要。
因此需要為無人機(jī)設(shè)計(jì)一種能夠自動(dòng)識(shí)別地面，能根據(jù)地面的狀況進(jìn)一步調(diào)節(jié)槳葉，從而使得無人機(jī)在任何一種地形降落都不會(huì)損壞到槳葉。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
針對(duì)上述存在的不足，本發(fā)明提供一種用于無人機(jī)自動(dòng)降落的地表面識(shí)別裝置 。
本發(fā)明通過以下技術(shù)方案解決上述問題：
一種用于無人機(jī)自動(dòng)降落的地表面識(shí)別裝置，包括三軸陀螺儀傳感器、三軸加速度傳感器、三軸磁場(chǎng)傳感器、超聲波測(cè)距模塊、卡爾曼濾波電路Ⅲ、IIR濾波電路、卡爾曼濾波電路Ⅰ、溫度補(bǔ)償電路、卡爾曼濾波電路Ⅱ、機(jī)體平衡分析電路、地表面分析電路、機(jī)體相對(duì)地面分析電路和輸出端口電路；
所述三軸陀螺儀傳感器的輸出端與卡爾曼濾波電路Ⅲ連接；所述三軸加速度傳感器的輸出端與IIR濾波電路連接；所述三軸磁場(chǎng)傳感器的輸出端與卡爾曼濾波電路Ⅰ連接；所述超聲波測(cè)距模塊的輸出端經(jīng)溫度補(bǔ)償電路與卡爾曼濾波電路Ⅱ連接；所述卡爾曼濾波電路Ⅲ和IIR濾波電路的輸出端均與機(jī)體平衡分析電路連接；所述卡爾曼濾波電路Ⅰ的輸出端分別與機(jī)體平衡分析電路和機(jī)體相對(duì)地面分析電路連接；所述卡爾曼濾波電路Ⅱ的輸出端與機(jī)體相對(duì)地面分析電路連接；所述機(jī)體平衡分析電路和機(jī)體相對(duì)地面分析電路的輸出端均與地表面分析電路連接；所述地表面分析電路的輸出端與輸出端口電路連接；所述輸出端口電路與無人機(jī)的控制器連接。
上述方案中，優(yōu)選的是超聲波測(cè)距模塊包括四個(gè)超聲波傳感器和一塊正方形或長(zhǎng)方形的電路板，所述四個(gè)超聲波傳感器分別安裝在電路板的四個(gè)角上。
上述方案中，優(yōu)選的是輸出端口電路為串口輸出電路和I2C輸出電路。
上述方案中，優(yōu)選的是IIR濾波電路使用IIR低通濾波器。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)與效果是：
本發(fā)明提供一種用于無人機(jī)自動(dòng)降落的地表面識(shí)別裝置，通過三軸陀螺儀、三軸加速度傳感器和三軸磁場(chǎng)傳感器測(cè)量確定裝置機(jī)體相對(duì)水平面的姿態(tài)，測(cè)距模塊測(cè)量裝置機(jī)體相對(duì)低表面的距離從而確定裝置相對(duì)地表面的姿態(tài)；根據(jù)裝置機(jī)體相對(duì)水平面的姿態(tài)和裝置機(jī)體相對(duì)地表面的姿態(tài)可以確定地表面相對(duì)水平面的姿態(tài)；該裝置裝在無人機(jī)上，測(cè)量出的地表面相對(duì)水平面姿態(tài)數(shù)據(jù)和裝置機(jī)體相對(duì)水平面姿態(tài)數(shù)據(jù)通過接口傳輸至無人機(jī)控制系統(tǒng)，以便無人機(jī)根據(jù)地表面姿態(tài)做出相應(yīng)的降落姿勢(shì)。
附圖說明
圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)框圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
一種用于無人機(jī)自動(dòng)降落的地表面識(shí)別裝置，如圖1所示，包括三軸陀螺儀傳感器、三軸加速度傳感器、三軸磁場(chǎng)傳感器、超聲波測(cè)距模塊、卡爾曼濾波電路Ⅲ、IIR濾波電路、卡爾曼濾波電路Ⅰ、溫度補(bǔ)償電路、卡爾曼濾波電路Ⅱ、機(jī)體平衡分析電路、地表面分析電路、機(jī)體相對(duì)地面分析電路和輸出端口電路。其中，卡爾曼濾波電路Ⅲ、IIR濾波電路、卡爾曼濾波電路Ⅰ、溫度補(bǔ)償電路、卡爾曼濾波電路Ⅱ、機(jī)體平衡分析電路、地表面分析電路和機(jī)體相對(duì)地面分析電路為處理器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)電路，處理器使用型號(hào)為STM32系列的單片機(jī)芯片或DSP的處理器。
三軸陀螺儀傳感器的輸出端與卡爾曼濾波電路Ⅲ連接，三軸陀螺儀用于測(cè)量裝置的橫滾、俯仰和偏航角速度。三軸加速度傳感器的輸出端與IIR濾波電路連接，三軸加速度傳感器用于測(cè)量重力在裝置坐標(biāo)軸的分量。三軸磁場(chǎng)傳感器的輸出端與卡爾曼濾波電路Ⅰ連接，三軸磁場(chǎng)傳感器測(cè)量裝置的偏航角。超聲波測(cè)距模塊的輸出端經(jīng)溫度補(bǔ)償電路與卡爾曼濾波電路Ⅱ連接，超聲波測(cè)距模塊用于測(cè)量裝置機(jī)體到地表面的距離。
卡爾曼濾波電路Ⅲ和IIR濾波電路的輸出端均與機(jī)體平衡分析電路連接?？柭鼮V波電路Ⅰ的輸出端分別與機(jī)體平衡分析電路和機(jī)體相對(duì)地面分析電路連接?？柭鼮V波電路Ⅱ的輸出端與機(jī)體相對(duì)地面分析電路連接。機(jī)體平衡分析電路和機(jī)體相對(duì)地面分析電路的輸出端均與地表面分析電路連接。地表面分析電路的輸出端與輸出端口電路連接。輸出端口電路與無人機(jī)的控制器連接，輸出端口電路為串口輸出電路和I2C輸出電路。機(jī)體平衡分析電路用于解算裝置機(jī)體相對(duì)水平面姿態(tài)；機(jī)體相對(duì)地面分析電路
處理器用于讀取三軸陀螺儀、三軸加速度傳感器、三軸磁場(chǎng)傳感器和測(cè)距模塊的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，并且通過處理計(jì)算這些數(shù)據(jù)得到裝置機(jī)體相對(duì)水平面的姿態(tài)和裝置機(jī)體相對(duì)地表面的姿態(tài)以及地表面相對(duì)水平面的姿態(tài)。處理器通過輸出端口電路把這些姿態(tài)數(shù)據(jù)傳輸給無人機(jī)。
三軸陀螺儀傳感器采集的數(shù)據(jù)通過卡爾曼濾波算法在卡爾曼濾波電路Ⅲ進(jìn)行濾波。三軸加速度傳感器采集的數(shù)據(jù)采用IIR低通濾波器濾波，三軸磁場(chǎng)傳感器采用卡爾曼濾波算法在卡爾曼濾波電路Ⅰ中進(jìn)行濾波。機(jī)體平衡分析電路使用陀螺儀傳感器、加速傳感器和三軸磁場(chǎng)傳感器三種數(shù)據(jù)；姿態(tài)的俯仰角和橫滾角使用陀螺儀和加速度傳感器濾波后的數(shù)據(jù)融合求解，姿態(tài)的偏航角使用陀螺儀和磁場(chǎng)傳感器濾波后的數(shù)據(jù)融合求解。
超聲波測(cè)距模塊測(cè)量的原始數(shù)據(jù)噪聲、誤差比較大，首先將數(shù)據(jù)進(jìn)行溫度補(bǔ)償然后再進(jìn)行卡爾曼濾波。超聲波測(cè)距模塊測(cè)出各超聲波模塊到地表面的四個(gè)距離可以確定裝置機(jī)體相對(duì)地表面的姿態(tài)的俯仰角和橫滾角，三軸磁場(chǎng)傳感器的濾波后的數(shù)據(jù)可以求解出方位角，可以作為機(jī)體相對(duì)地表面的參考航向角。由上述可得出裝置機(jī)體相對(duì)水平面姿態(tài)和機(jī)體相對(duì)地表面姿態(tài)，通過這兩種姿態(tài)可解出地表面面相對(duì)水平面的姿態(tài)，此姿態(tài)輸出供無人機(jī)飛控做降落參考數(shù)據(jù)，方便無人機(jī)做出相應(yīng)的降落方式。超聲波測(cè)距模塊測(cè)量的距離數(shù)據(jù)可以作為無人機(jī)定高飛行做參考依據(jù)，亦可作為無人機(jī)下降速度做參考。
輸出端口電路輸出的數(shù)據(jù)有三種數(shù)據(jù)，分別為機(jī)體相對(duì)水平面姿態(tài)數(shù)據(jù)、地表面相對(duì)水平面姿態(tài)數(shù)據(jù)和機(jī)體哥超聲波模塊到地面的距離數(shù)據(jù)。
以上已對(duì)本發(fā)明創(chuàng)造的較佳實(shí)施例進(jìn)行了具體說明，但本發(fā)明并不限于實(shí)施例，熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員在不違背本發(fā)明創(chuàng)造精神的前提下還可作出種種的等同的變型或替換，這些等同的變型或替換均包含在本申請(qǐng)的范圍內(nèi)。