基于SLAM技術(shù)的智能避障無(wú)人機(jī)

朱燦杰 曹鑫 揚(yáng)付豪

摘要：本系統(tǒng)采用STM32F427VIT6作為主飛行控制芯片，外部器件包括：陀螺儀，加速度計(jì)作為飛行姿態(tài)測(cè)量傳感器。利用超聲波跟氣壓計(jì)獲取高度信息。使用高精度掃描激光雷達(dá)進(jìn)行定位，并實(shí)現(xiàn)智能避障功能，采用WiFi芯片ESP8285實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)與遙控器之間的數(shù)據(jù)交換。該方案飛行的控制更加穩(wěn)定，提高了操作的容錯(cuò)率。

關(guān)鍵詞：無(wú)人機(jī);通信鏈路;激光雷達(dá)

近些年來(lái)，slam技術(shù)的研究越來(lái)越火熱并應(yīng)用于許多場(chǎng)景，比如移動(dòng)機(jī)器人以及無(wú)人駕駛，利用slam技術(shù)，我們能夠得到未知情況下的環(huán)境信息，從而利用ARM處理器對(duì)機(jī)械的移動(dòng)姿態(tài)進(jìn)行修整。我們這個(gè)系統(tǒng)可分為slam技術(shù)應(yīng)用跟無(wú)人機(jī)（載體）兩大部分，從而實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)在未知環(huán)境下自動(dòng)躲避障礙物的功能。

1SLAM技術(shù)

SLAM的英文名全程是SimultaneousLocalizationandMapping，中文稱作同時(shí)定位以及地圖創(chuàng)建。常規(guī)SLAM技術(shù)的應(yīng)用場(chǎng)景是：一個(gè)機(jī)器人在未知的環(huán)境中運(yùn)動(dòng)，通過(guò)對(duì)環(huán)境的觀測(cè)確定自身的運(yùn)動(dòng)軌跡，同時(shí)構(gòu)建出環(huán)境的地圖。早期的SLAM技術(shù)大多利用聲吶、單線激光雷達(dá)等傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)。從2000年以后，隨著計(jì)算機(jī)視覺(jué)學(xué)習(xí)的發(fā)展，利用攝像頭的視覺(jué)SLAM開(kāi)始成為研究熱點(diǎn)，并且在許多領(lǐng)域中體現(xiàn)出巨大的應(yīng)用價(jià)值。

slam技術(shù)的傳感器主要分為兩部分，激光雷達(dá)跟攝像頭。激光雷達(dá)又分單線跟多線，攝像頭類(lèi)可以分為單目，雙目攝像頭。單線跟多線的區(qū)別主要在，單線激光雷達(dá)跟單目攝像頭用于二維建模，他們所得到圖像是二維平面，而多線以及雙目攝像頭則能夠繪制出立體圖形。

2無(wú)人機(jī)系統(tǒng)

無(wú)人機(jī)系統(tǒng)以steamf4xxx為控制核心，外設(shè)包括單目激光雷達(dá)，十軸陀螺儀，BMP280氣壓計(jì)，HC-SR04超聲波模塊，ESP8285WiFi模塊。4通道的輸出PWM波，對(duì)應(yīng)的為M1，M2，M3，M4四個(gè)無(wú)刷電機(jī)的控制信號(hào)。六個(gè)ADC通道分別檢測(cè)6S鋰電池組的實(shí)時(shí)電壓。十軸陀螺儀負(fù)責(zé)采集水平跟豎直的加速度，角速度，通過(guò)串口傳輸，傳遞給飛控芯片。超聲波模塊用于無(wú)人機(jī)起飛跟降落時(shí)相對(duì)地面高度的判斷，輔助起飛跟降落，有利于避障功能的實(shí)現(xiàn)。

遙控端采用一樣的steam32芯片，包括蜂鳴器，搖桿，按鍵，LED液晶屏，ESP8285WiFi芯片。兩個(gè)ADC通道分別檢測(cè)兩個(gè)搖桿的電位數(shù)據(jù)。另一個(gè)ADC用于檢測(cè)遙控電池電量，LED屏幕上面顯示電池電量，無(wú)人機(jī)剩余電量，目前環(huán)境，高度，速度，結(jié)合蜂鳴器實(shí)現(xiàn)提醒，躲避障礙物。

3結(jié)語(yǔ)

現(xiàn)在無(wú)人機(jī)已經(jīng)滲透到我們生活中的方方面面，但是一旦我們?nèi)藶椴僮魇д`，將有可能造成不可彌補(bǔ)的損失，所以如何利用無(wú)人機(jī)在位置環(huán)境里面躲避障礙物成為我們研究的重點(diǎn)，我們這個(gè)課題利用激光雷達(dá)采集環(huán)境信息，利用slam技術(shù)進(jìn)行二維建模，繪制出地形的二維空間模型，用steam32作為控制芯片，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)避障功能。

致謝

非常感謝大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)計(jì)劃項(xiàng)目的大力支持和指導(dǎo)老師劉魯濤的悉心指導(dǎo)。在貴項(xiàng)目的大力支持下，在校大學(xué)生們能夠?qū)嵺`自己的奇思妙想。將書(shū)本上的知識(shí)運(yùn)用于實(shí)踐中。大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)計(jì)劃不僅弘揚(yáng)了大學(xué)的創(chuàng)新實(shí)踐精神，還使得同學(xué)們?cè)趯?shí)踐過(guò)程中還提升了自己的精神品質(zhì)，在實(shí)踐中成長(zhǎng)，體現(xiàn)了國(guó)家對(duì)于大學(xué)生的深切關(guān)懷和殷殷期望。非常感謝我們的指導(dǎo)老師劉魯濤老師，在我們遇到困難的時(shí)候給了我們很多幫助，進(jìn)行了積極指導(dǎo)。此致敬禮！

參考文獻(xiàn)：

[1]楊才廣，姚志興，譚永鎮(zhèn)，凌子嵌，凌永國(guó)，黃設(shè)新.基于STM32的無(wú)人機(jī)飛行控制系統(tǒng)[J].電子世界，2019.01.074.130.

[2]羅偉，吳森堂.無(wú)人機(jī)嵌入式飛行控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)方法[J].計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制，2011，19（12）：3169-3171.

[3]匿名.SLAM的前世今生.[EBOL].https：blog.csdn.netkang1292655979articledetails52799439？tdsourcetag=s_pcqq_aiomsg.