基于视觉SLAM的四旋翼无人机全自主飞行控制方法 .pdfVIP

(19)中华人民共和国国家知识产权局

(12)发明专利说明书

(10)申请公布号CN104062977A

(43)申请公布日2014.09.24

(21)申请号CN201410270505.X

(22)申请日2014.06.17

(71)申请人天津大学

地址300072天津市南开区卫津路92号

(72)发明人鲜斌曹美会张旭

(74)专利代理机构天津市北洋有限责任专利代理事务所

代理人刘国威

(51)Int.CI

G05D1/08

权利要求说明书说明书幅图

(54)发明名称

基于视觉SLAM的四旋翼无人机全

自主飞行控制方法

(57)摘要

本发明涉及无人机全自主飞行控制

方法，为提供一种基于嵌入式架构的四旋

翼无人机视觉控制系统，实现在无GPS信

号环境下，不依赖任何环境信息的无人机

自主定位与飞行控制功能；本发明采用的

技术方案是：基于视觉SLAM的四旋翼无

人机全自主飞行控制方法，包括如下步

骤：利用安装在四旋翼无人机底部的摄像

头采集图像信息，利用集成惯性导航单元

获取无人机的姿态角及加速度信息，这两

部分信息作为输入，运行改进的视觉

SLAM算法获取四旋翼无人机三维位置和

姿态信息；采用扩展卡尔曼滤波器融合视

觉位置信息和惯性导航单元提供的三维加

速度，设计PID控制器，实现四旋翼无人

机的全自主飞行控制。本发明主要应用于

无人机全自主飞行控制。

法律状态

法律状态公告日法律状态信息法律状态

权利要求说明书

1.一种基于视觉SLAM的四旋翼无人机全自主飞行控制方法，其特征在于，包括如

下步骤：利用安装在四旋翼无人机底部的摄像头采集图像信息，

利用集成惯性导航单元获取无人机的姿态角及加速度信息，这

两部分信息作为输入，运行改进的视觉SLAM算法获取四旋翼

无人机三维位置和姿态信息；采用扩展卡尔曼滤波器融合视觉位置信息和惯

性导航单元提供的三维加速度，从而得到精确的位置信息，采

用上述算法得到的水平位置和速度信息及气压计获得的高度信

息作为反馈量，设计PID控制器，实现四旋翼无人机的全自主飞行控

制。

2.根据权利要求书1所述基于视觉SLAM的四旋翼无人机全自主飞行控制方法，其

特征在于，所述的将改进的视觉SLAM算法用于四旋翼无人

机三维位置和姿态信息的获取是：采用普通微型机载摄像头获

得环境信息的实时彩色图像，通过机载嵌入式计算机运行改进

的视觉SLAM算法，手动平行移动机载摄像头，根据同一个特征点的移动

描绘出弧线，再根据所有特征点的弧线确定一个特定的平面。

3.根据权利要求书1所述基于视觉SLAM的四旋翼无人机全自主飞行控制方法，其

特征在于，所述的融合视觉位置信息和惯性导航单元提供的三

维加速度是采用扩展卡尔曼滤波方法，系统在k时刻的非线性

过程方程和测量方程分别为：

xsubk/sub＝f(xsubk-1/sub,usubk-1/sub)+ωsubk-1/sub

zsubk/sub＝h(xsubk/sub)+νsubk/sub

其中，xsubk/su