基于STM32的紧急医疗救援无人机系统

严梓扬 苏成悦 陈金栋 广东工业大学

基于STM32的紧急医疗救援无人机系统

严梓扬 苏成悦 陈金栋 广东工业大学

本文介绍了一种针对当前医疗市场需求设计的一种用于医疗急救、应急运输的智能空中搭载系统，以解决在短时间内克服交通、地形等障碍将应急药物送到急救现场的问题。利用了互补滤波+卡尔曼滤波算法实现无人机的姿态控制，并基于此设计了一种无人机的自动任务模式。

无人机 应急医疗 姿态控制

1 设计方案

本系统主要工作原理如下图1：

图1 整体方案设计流程图

由上图1可知，当伤病员或者救护人员提出需求后，基站的处理人员只需要马上规划好航线并且装载好物资，然后无人机将全程自动完成设定的任务，基站人员只需要关注地面站上传回的无人机信息，在出现故障或者特殊情况时马上采取相关措施即可，直至无人机到达目标地点。

2 控制方案的设计与论证

本飞控使用四元数互补滤波+卡尔曼滤波实现对姿态的控制，具体设计过程如下图2：

图2 姿态算法流程图

由于加速度计是一种线性传感器，伴随的噪声会产生很大影响，因此先使用卡尔曼滤波对其进行降噪处理。通过对先验估计X(k-1)和加权变量Z(k)及其预测HX(k)之差的线性组合构成后验状态估计X(k)，其基本模型方程为：

经过卡尔曼滤波的ACC数据虽然已经比较稳定，但是加速度计自身的零漂会随着时间而累积，因此我们通过将加速度计数据和陀螺仪的旋转角数据进行加权融合：

一般陀螺仪权重占比控制在0.05以内，以达到控制陀螺仪长时间工作后产生温漂对最终解算结果的影响。解算出的三个角度将会被用于更新四元数，然后通过利用四元数解算公式：q(n)=q(n-1)*△q求解矩阵，运算解出相对于机体坐标系的欧拉角。

最后，根据三个倾角的大小输出对应的PWM至4个电机，完成对飞机的姿态控制。

3 自动任务模式设计

将上述控制方案应用于本系统并通过PC端以及手机端地面站实时观看飞控回传的姿态数据和设置航点，即可执行自动飞行任务，若地面站人员观测到无人机数据有异常可立即中止任务。其实现思路如下图3：

4 结论

本系统可以一定程度上促进无人机在应急医疗领域的发展，优化当前特殊地形环境对紧急医疗的约束问题。

[1]阎石.数字电子技术基础,上[M].人民教育出版社,1981

[2]童诗白,华成英.模拟电子技术基础(第三版)[J].200

[3]宪三野波.自主飞行机器人[M].国防工业出版社,2014

严梓扬（1996—），男，本科，主要研究方向为：控制科学与工程。

苏成悦（1961—），男，通讯作者，博士，教授，主要研究方向为应用物理与控制技术。

广东大学生科技创新培育专项资金项目（400160017）。