基于STM32的緊急醫療救援無人機系統

嚴梓揚 蘇成悅 陳金棟 廣東工業大學

基于STM32的緊急醫療救援無人機系統

嚴梓揚 蘇成悅 陳金棟 廣東工業大學

本文介紹了一種針對當前醫療市場需求設計的一種用于醫療急救、應急運輸的智能空中搭載系統，以解決在短時間內克服交通、地形等障礙將應急藥物送到急救現場的問題。利用了互補濾波+卡爾曼濾波算法實現無人機的姿態控制，并基于此設計了一種無人機的自動任務模式。

無人機 應急醫療 姿態控制

1 設計方案

本系統主要工作原理如下圖1：

圖1 整體方案設計流程圖

由上圖1可知，當傷病員或者救護人員提出需求后，基站的處理人員只需要馬上規劃好航線并且裝載好物資，然后無人機將全程自動完成設定的任務，基站人員只需要關注地面站上傳回的無人機信息，在出現故障或者特殊情況時馬上采取相關措施即可，直至無人機到達目標地點。

2 控制方案的設計與論證

本飛控使用四元數互補濾波+卡爾曼濾波實現對姿態的控制，具體設計過程如下圖2：

圖2 姿態算法流程圖

由于加速度計是一種線性傳感器，伴隨的噪聲會產生很大影響，因此先使用卡爾曼濾波對其進行降噪處理。通過對先驗估計X(k-1)和加權變量Z(k)及其預測HX(k)之差的線性組合構成后驗狀態估計X(k)，其基本模型方程為：

經過卡爾曼濾波的ACC數據雖然已經比較穩定，但是加速度計自身的零漂會隨著時間而累積，因此我們通過將加速度計數據和陀螺儀的旋轉角數據進行加權融合：

一般陀螺儀權重占比控制在0.05以內，以達到控制陀螺儀長時間工作后產生溫漂對最終解算結果的影響。解算出的三個角度將會被用于更新四元數，然后通過利用四元數解算公式：q(n)=q(n-1)*△q求解矩陣，運算解出相對于機體坐標系的歐拉角。

最后，根據三個傾角的大小輸出對應的PWM至4個電機，完成對飛機的姿態控制。

3 自動任務模式設計

將上述控制方案應用于本系統并通過PC端以及手機端地面站實時觀看飛控回傳的姿態數據和設置航點，即可執行自動飛行任務，若地面站人員觀測到無人機數據有異常可立即中止任務。其實現思路如下圖3：

4 結論

本系統可以一定程度上促進無人機在應急醫療領域的發展，優化當前特殊地形環境對緊急醫療的約束問題。

[1]閻石.數字電子技術基礎,上[M].人民教育出版社,1981

[2]童詩白,華成英.模擬電子技術基礎(第三版)[J].200

[3]憲三野波.自主飛行機器人[M].國防工業出版社,2014

嚴梓揚（1996—），男，本科，主要研究方向為：控制科學與工程。

蘇成悅（1961—），男，通訊作者，博士，教授，主要研究方向為應用物理與控制技術。

廣東大學生科技創新培育專項資金項目（400160017）。