基于SLAM技術(shù)的智能避障無人機(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，加速度計作為飛行姿態(tài)測量傳感器。利用超聲波跟氣壓計獲取高度信息。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，提高了操作的容錯率。

關(guān)鍵詞：無人機(jī);通信鏈路;激光雷達(dá)

近些年來，slam技術(shù)的研究越來越火熱并應(yīng)用于許多場景，比如移動機(jī)器人以及無人駕駛，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處理器對機(jī)械的移動姿態(tài)進(jìn)行修整。我們這個系統(tǒng)可分為slam技術(shù)應(yīng)用跟無人機(jī)（載體）兩大部分，從而實(shí)現(xiàn)無人機(jī)在未知環(huán)境下自動躲避障礙物的功能。

1SLAM技術(shù)

SLAM的英文名全程是SimultaneousLocalizationandMapping，中文稱作同時定位以及地圖創(chuàng)建。常規(guī)SLAM技術(shù)的應(yīng)用場景是：一個機(jī)器人在未知的環(huán)境中運(yùn)動，通過對環(huán)境的觀測確定自身的運(yùn)動軌跡，同時構(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)等傳感器來實(shí)現(xiàn)。從2000年以后，隨著計算機(jī)視覺學(xué)習(xí)的發(fā)展，利用攝像頭的視覺SLAM開始成為研究熱點(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無人機(jī)系統(tǒng)

無人機(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，HC-SR04超聲波模塊，ESP8285WiFi模塊。4通道的輸出PWM波，對應(yīng)的為M1，M2，M3，M4四個無刷電機(jī)的控制信號。六個ADC通道分別檢測6S鋰電池組的實(shí)時電壓。十軸陀螺儀負(fù)責(zé)采集水平跟豎直的加速度，角速度，通過串口傳輸，傳遞給飛控芯片。超聲波模塊用于無人機(jī)起飛跟降落時相對地面高度的判斷，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ADC通道分別檢測兩個搖桿的電位數(shù)據(jù)。另一個ADC用于檢測遙控電池電量，LED屏幕上面顯示電池電量，無人機(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

現(xiàn)在無人機(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)自動避障功能。

致謝

非常感謝大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)計劃項(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。將書本上的知識運(yùn)用于實(shí)踐中。大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)計劃不僅弘揚(yáng)了大學(xué)的創(chuàng)新實(shí)踐精神，還使得同學(xué)們在實(shí)踐過程中還提升了自己的精神品質(zhì)，在實(shí)踐中成長，體現(xiàn)了國家對于大學(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，黃設(shè)新.基于STM32的無人機(jī)飛行控制系統(tǒng)[J].電子世界，2019.01.074.130.

[2]羅偉，吳森堂.無人機(jī)嵌入式飛行控制系統(tǒng)軟件設(shè)計方法[J].計算機(jī)測量與控制，2011，19（12）：3169-3171.

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