本發(fā)明涉及控制領(lǐng)域，特別是涉及一種用于無人機自動降落的地表面識別裝置 。

背景技術(shù)：

近幾年，無人機的發(fā)展勢頭十分猛烈，市場的需求也越來越大。軍事、工業(yè)、農(nóng)業(yè)以及消費類無人機開始廣泛運用。然而目前無人機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，在降落方面是一個不可忽視的問題。由此可見無人機降落時對降落地表面相對水平面的姿態(tài)識別十分重要。

因此需要為無人機設(shè)計一種能夠自動識別地面，能根據(jù)地面的狀況進一步調(diào)節(jié)槳葉，從而使得無人機在任何一種地形降落都不會損壞到槳葉。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對上述存在的不足，本發(fā)明提供一種用于無人機自動降落的地表面識別裝置 。

本發(fā)明通過以下技術(shù)方案解決上述問題：

一種用于無人機自動降落的地表面識別裝置，包括三軸陀螺儀傳感器、三軸加速度傳感器、三軸磁場傳感器、超聲波測距模塊、卡爾曼濾波電路Ⅲ、IIR濾波電路、卡爾曼濾波電路Ⅰ、溫度補償電路、卡爾曼濾波電路Ⅱ、機體平衡分析電路、地表面分析電路、機體相對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；所述三軸磁場傳感器的輸出端與卡爾曼濾波電路Ⅰ連接；所述超聲波測距模塊的輸出端經(jīng)溫度補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的輸出端分別與機體平衡分析電路和機體相對地面分析電路連接；所述卡爾曼濾波電路Ⅱ的輸出端與機體相對地面分析電路連接；所述機體平衡分析電路和機體相對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的控制器連接。

上述方案中，優(yōu)選的是超聲波測距模塊包括四個超聲波傳感器和一塊正方形或長方形的電路板，所述四個超聲波傳感器分別安裝在電路板的四個角上。

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)點與效果是：

本發(fā)明提供一種用于無人機自動降落的地表面識別裝置，通過三軸陀螺儀、三軸加速度傳感器和三軸磁場傳感器測量確定裝置機體相對水平面的姿態(tài)，測距模塊測量裝置機體相對低表面的距離從而確定裝置相對地表面的姿態(tài)；根據(jù)裝置機體相對水平面的姿態(tài)和裝置機體相對地表面的姿態(tài)可以確定地表面相對水平面的姿態(tài)；該裝置裝在無人機上，測量出的地表面相對水平面姿態(tài)數(shù)據(jù)和裝置機體相對水平面姿態(tài)數(shù)據(jù)通過接口傳輸至無人機控制系統(tǒng)，以便無人機根據(jù)地表面姿態(tài)做出相應(yīng)的降落姿勢。

附圖說明

圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)框圖。

具體實施方式

以下結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步說明。

一種用于無人機自動降落的地表面識別裝置，如圖1所示，包括三軸陀螺儀傳感器、三軸加速度傳感器、三軸磁場傳感器、超聲波測距模塊、卡爾曼濾波電路Ⅲ、IIR濾波電路、卡爾曼濾波電路Ⅰ、溫度補償電路、卡爾曼濾波電路Ⅱ、機體平衡分析電路、地表面分析電路、機體相對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、溫度補償電路、卡爾曼濾波電路Ⅱ、機體平衡分析電路、地表面分析電路和機體相對地面分析電路為處理器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)電路，處理器使用型號為STM32系列的單片機芯片或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量重力在裝置坐標軸的分量。三軸磁場傳感器的輸出端與卡爾曼濾波電路Ⅰ連接，三軸磁場傳感器測量裝置的偏航角。超聲波測距模塊的輸出端經(jīng)溫度補償電路與卡爾曼濾波電路Ⅱ連接，超聲波測距模塊用于測量裝置機體到地表面的距離。

卡爾曼濾波電路Ⅲ和IIR濾波電路的輸出端均與機體平衡分析電路連接。卡爾曼濾波電路Ⅰ的輸出端分別與機體平衡分析電路和機體相對地面分析電路連接?？柭鼮V波電路Ⅱ的輸出端與機體相對地面分析電路連接。機體平衡分析電路和機體相對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。機體平衡分析電路用于解算裝置機體相對水平面姿態(tài)；機體相對地面分析電路

處理器用于讀取三軸陀螺儀、三軸加速度傳感器、三軸磁場傳感器和測距模塊的實時數(shù)據(jù)，并且通過處理計算這些數(shù)據(jù)得到裝置機體相對水平面的姿態(tài)和裝置機體相對地表面的姿態(tài)以及地表面相對水平面的姿態(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。

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，三軸磁場傳感器采用卡爾曼濾波算法在卡爾曼濾波電路Ⅰ中進行濾波。機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傳感器濾波后的數(shù)據(jù)融合求解。

超聲波測距模塊測量的原始數(shù)據(jù)噪聲、誤差比較大，首先將數(shù)據(jù)進行溫度補償然后再進行卡爾曼濾波。超聲波測距模塊測出各超聲波模塊到地表面的四個距離可以確定裝置機體相對地表面的姿態(tài)的俯仰角和橫滾角，三軸磁場傳感器的濾波后的數(shù)據(jù)可以求解出方位角，可以作為機體相對地表面的參考航向角。由上述可得出裝置機體相對水平面姿態(tài)和機體相對地表面姿態(tài)，通過這兩種姿態(tài)可解出地表面面相對水平面的姿態(tài)，此姿態(tài)輸出供無人機飛控做降落參考數(shù)據(jù)，方便無人機做出相應(yīng)的降落方式。超聲波測距模塊測量的距離數(shù)據(jù)可以作為無人機定高飛行做參考依據(jù)，亦可作為無人機下降速度做參考。

輸出端口電路輸出的數(shù)據(jù)有三種數(shù)據(jù)，分別為機體相對水平面姿態(tài)數(shù)據(jù)、地表面相對水平面姿態(tài)數(shù)據(jù)和機體哥超聲波模塊到地面的距離數(shù)據(jù)。

以上已對本發(fā)明創(chuàng)造的較佳實施例進行了具體說明，但本發(fā)明并不限于實施例，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的范圍內(nèi)。