无人机飞行平台及避障控制系统设计

无人机飞行平台设计

为实现无人机的辅助避障控制，首先应为辅助避障控制系统提供无人机飞行测试平台。在此，基于上述结构设计框架，在无人机飞行平台设计方面，本文选择六旋翼作为无人机飞行平台，具体设计如下： 

（1）无人机机身。无人机机身是辅助避障系统、飞行控制、电气系统等模块的支撑部分。为保证无人机具备足够的有效载荷和续航能力。一般采用高强度超轻质的碳纤材料作为无人机机身，保证无人机具备较轻的起飞重量。同时，将利用旋翼轴距确定为120cm，保证无人机具备较大的任务载荷空间和续航时间。整个无人机机身结构： 

 无人机机身图 

（2）动力系统。动力系统是无人机执行机构。包括螺旋桨、无刷电机、电调等模块。一般飞控接收到控制指令后，会根据将其解算为各个电机所需要的转速控制信号，电调根据该控制信号控制电机转动，无刷电机进一步带动螺旋桨产生升力。最终带动无人机飞行。在动力系统方面，选择合适碳桨叶作为螺旋桨，选择合适的电调和电机作为平台的驱动原件和动力，如下图所示：

动力系统配置 

（3）飞控。飞控系统是无人机的控制核心。目前，应用于多旋翼的无人机飞控种类繁多。基于本设计的技术要求，飞行平台对飞控的要求仅需满足支持 PWM 信号接收即可。同时，为保证设计测试过程中具备较简单的驾驶要求，要求飞控系统具备一定的增稳性能。

（4）遥控器及电源。多旋翼无人机属于直升机一类，飞行平台设计到的遥控通道包括油门（THR）、副翼（AIL）、航向（RUD）、俯仰（ELE）及模式选择五个通道。且开发测试过程中不需要操作无人机做诸如超视距飞行之类的远距离要求，对遥控器的要求仅具备5个控制通道即可。故本文选择国产天地飞7通道遥控器即配套接收机作为无人机的遥控系统。同时，选择容量为26000mah锂电池作为无人机的电源供电系统，最大放电电流达到250A，完全能够驱动本设计动力配置。

避障控制系统硬件设计 

实现无人机的航线避障和辅助避障，必须要求无人机具备环境检 测能力，本部分主要内容即为避障控制系统相关硬件设计。 

在上述飞行平台的基础上，为实现无人机的避障动作。选用360度激光扫描仪作为避障辅助控制系统的环境检测模块。扫描仪采用激光三角测距技术，配合高速视觉采集处理机构，可进行每秒高达2000次以上的测距动作。在每次测距过程中，扫描仪发射经过调制的激光信号，该激光信号在照射到目标物后产生反射经扫描仪的视觉采集系统接收后。经扫描仪内部 DSP 处理实时解算即可获得目标物体相对于扫描仪的距离值 d 和夹角信息θ，以及信号强度。下表详细阐述了本款激光扫描仪器的详细性能参数： 

激光雷达参数

基于上述参数可见，基本满足多旋翼无人机避障测距需求。基于激光扫描仪的测试扫描结果下图： 

 基于三维激光扫描仪的激光扫描数据