一種無(wú)人機(jī)用障礙物檢測(cè)裝置及其檢測(cè)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及無(wú)人飛行器，更為具體來(lái)說(shuō)，是一種無(wú)人機(jī)用障礙物檢測(cè)裝置及其檢測(cè)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]面對(duì)復(fù)雜多變的地形和環(huán)境，執(zhí)行相關(guān)任務(wù)的無(wú)人機(jī)在飛行過(guò)程中難免會(huì)遇到障礙物。如果躲避不及就會(huì)發(fā)生墜機(jī)事件、產(chǎn)生安全隱患，甚至對(duì)操作者或者他人造成傷害；同時(shí)也造成了一定的經(jīng)濟(jì)損失。特別是對(duì)于消費(fèi)類別的輕型無(wú)人機(jī)來(lái)說(shuō)，在無(wú)人機(jī)上安裝相應(yīng)的躲避障礙物的裝置也是必須的。
[0003]為了解決上述無(wú)人機(jī)難以躲避障礙物的問(wèn)題，首先，應(yīng)該能夠檢測(cè)到障礙物。
[0004]—、申請(qǐng)?zhí)枮?01110031250.8的中國(guó)發(fā)明專利公開(kāi)了一種自動(dòng)規(guī)避障礙物的飛行裝置與方法，包括超聲波發(fā)射模塊、超聲波接收模塊、驅(qū)動(dòng)模塊等，通過(guò)發(fā)射超聲波、接收超聲波、計(jì)算障礙物距離等方式，達(dá)到檢測(cè)障礙物的目的。類似地，申請(qǐng)?zhí)枮?01520129617.3^201510099457.7^201420310963.7^201310480659.7 等中國(guó)專利也采用了與上述專利類似的方法。
[0005]然而，該種方法無(wú)法精確地判斷出障礙物所處的方位角度，因而誤差也較大，因此，上述專利所述可以用在飛行玩具領(lǐng)域，但是不適用在無(wú)人機(jī)上。
[0006]也有采用激光雷達(dá)測(cè)量障礙物與飛行器距離的，但是激光雷達(dá)的體積重量較大，無(wú)法應(yīng)用到消費(fèi)類別等輕小型的無(wú)人機(jī)上。
[0007]二、申請(qǐng)?zhí)枮?01210184303.4的中國(guó)發(fā)明專利公開(kāi)了一種無(wú)人機(jī)的視覺(jué)定位與避障方法及系統(tǒng)，包括具有機(jī)載相機(jī)和慣性測(cè)量單元的無(wú)人機(jī)以及視覺(jué)定位裝置，通過(guò)從視覺(jué)感知機(jī)載相機(jī)獲得的慣導(dǎo)數(shù)據(jù)的方式判斷出障礙物與無(wú)人機(jī)之間的相對(duì)位置信息、所述障礙物的形狀、大小和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)等。
[0008]這種方法確實(shí)能準(zhǔn)確地獲取障礙物的相關(guān)信息。但是，這種方法必須要有復(fù)雜的算法做支撐，同時(shí)需要較復(fù)雜的相關(guān)硬件支持，其不僅可靠性相對(duì)也較低，而且成本比較尚O
[0009]三、申請(qǐng)?zhí)枮?01310036271.8的中國(guó)發(fā)明專利公開(kāi)了一種無(wú)人機(jī)避障控制方法，設(shè)有無(wú)人機(jī)子系統(tǒng)和地面站子系統(tǒng)，無(wú)人機(jī)子系統(tǒng)包含嵌入控制器和無(wú)線數(shù)據(jù)鏈的機(jī)載端，嵌入式飛行控制器內(nèi)置衛(wèi)星定位接收機(jī)和高度傳感器；地面站子系統(tǒng)包含嵌入式監(jiān)控計(jì)算機(jī)和無(wú)線數(shù)據(jù)鏈的地面端，嵌入式監(jiān)控計(jì)算機(jī)內(nèi)置包含障礙物地理信息的電子地圖；在地面站子系統(tǒng)的嵌入式監(jiān)控計(jì)算機(jī)內(nèi)置的電子地圖上，確定飛行區(qū)域中障礙物的地位置，建立虛擬的障礙物多邊形柱體，并將其形體數(shù)據(jù)下載到嵌入式飛行控制器，嵌入式飛行控制器實(shí)時(shí)獲取無(wú)人機(jī)的當(dāng)前位置并計(jì)算出與障礙物多邊形柱體的空間關(guān)系，然后生成無(wú)人機(jī)的軌跡指令，實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)的自動(dòng)避障。
[0010]這種方式借助于電子地圖，需要依靠較完善的地圖信息、較穩(wěn)定的數(shù)據(jù)通信做支撐，才能完成相關(guān)任務(wù)。因而，該種復(fù)雜的手段并不適合消費(fèi)類別等輕小型的無(wú)人機(jī)上。
[0011]綜上，對(duì)于上述三種方案，由于其技術(shù)手段本身的缺陷，目前無(wú)人機(jī)障礙物檢測(cè)設(shè)備檢測(cè)的方向往往僅包括前后左右四個(gè)方向或者一個(gè)較小的角度范圍，無(wú)法檢測(cè)到其它方向，而無(wú)人機(jī)飛行的方式可能會(huì)隨時(shí)變化，所以在很多情況下還是會(huì)發(fā)生事故。
[0012]因此，獲得一種能夠?qū)崟r(shí)準(zhǔn)確檢測(cè)障礙物、判斷障礙物的具體方位、可靠性強(qiáng)、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的無(wú)人機(jī)障礙物檢測(cè)裝置成為了本領(lǐng)域技術(shù)人員追求的目標(biāo)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013]為解決現(xiàn)有的無(wú)人機(jī)用障礙檢測(cè)裝置難以判斷障礙物具體方位或者技術(shù)方案較為復(fù)雜等問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種無(wú)人機(jī)用障礙物檢測(cè)裝置，實(shí)現(xiàn)了對(duì)障礙物與無(wú)人機(jī)的距離、角度等信息的檢測(cè)。
[0014]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明公開(kāi)了一種無(wú)人機(jī)用障礙物檢測(cè)裝置，包括控制裝置，及分別與控制裝置連接的驅(qū)動(dòng)裝置、測(cè)距裝置、測(cè)角裝置；驅(qū)動(dòng)裝置與測(cè)距裝置連接。
[0015]在控制裝置和驅(qū)動(dòng)裝置的共同控制下，本發(fā)明的無(wú)人機(jī)用障礙物檢測(cè)裝置采用測(cè)距裝置、測(cè)角裝置實(shí)現(xiàn)對(duì)障礙物的定位，而且裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性高，適用于各種類型的無(wú)人機(jī)，特別適用于消費(fèi)級(jí)別的無(wú)人機(jī)。
[0016]進(jìn)一步地，測(cè)距裝置包括距離傳感器、支撐桿、導(dǎo)電滑環(huán)及測(cè)距支撐柱，支撐桿兩端分別固定連接距離傳感器和導(dǎo)電滑環(huán)一端，測(cè)距支撐柱兩端分別固定連接導(dǎo)電滑環(huán)另一端和控制裝置，距離傳感器依次通過(guò)支撐桿、導(dǎo)電滑環(huán)、測(cè)距支撐柱與控制裝置電連接；驅(qū)動(dòng)裝置包括減速器、電機(jī)及電機(jī)支撐柱，電機(jī)通過(guò)電機(jī)支撐柱與控制裝置電連接，電機(jī)輸出軸與減速器連接，減速器與支撐桿齒輪連接；測(cè)角裝置包括相互固定連接的角度傳感器和測(cè)角支撐柱，角度傳感器通過(guò)測(cè)角支撐柱與控制裝置電連接，支撐桿上套有磁環(huán)，角度傳感器設(shè)于磁環(huán)旁。
[0017]控制裝置為距離傳感器供電、保證其能正常工作，距離傳感器向外發(fā)射光信號(hào)以判斷無(wú)人機(jī)周圍是否存在障礙物，角度傳感器通過(guò)判斷距離傳感器的旋轉(zhuǎn)角度判讀障礙物所處方向。
[0018]本發(fā)明創(chuàng)新地設(shè)置了磁環(huán)，避免了距離傳感器在連續(xù)旋轉(zhuǎn)時(shí)將數(shù)據(jù)線扭曲折斷的現(xiàn)象發(fā)生，提高了檢測(cè)裝置的可靠性，檢測(cè)裝置的壽命更長(zhǎng)。本發(fā)明創(chuàng)新地提供了可360°旋轉(zhuǎn)的距離傳感器，通過(guò)電機(jī)、減速器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，通過(guò)減速器齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)的方式帶動(dòng)支撐柱上的距離傳感器旋轉(zhuǎn)，達(dá)到對(duì)無(wú)人機(jī)周圍障礙物進(jìn)行無(wú)死角檢測(cè)的目的。在距離傳感器旋轉(zhuǎn)的前提下，本發(fā)明在檢測(cè)到障礙物的同時(shí)，通過(guò)角度傳感器判斷距離傳感器旋轉(zhuǎn)的角度，進(jìn)而可判斷出障礙物所在方位，結(jié)合障礙物與無(wú)人機(jī)的距離，可得出障礙物的具體位置。
[0019]進(jìn)一步地，控制裝置包括控制板及與控制板電連接的電源；測(cè)距支撐柱、電機(jī)支撐柱、測(cè)角支撐柱平行設(shè)置，分別與控制板固定連接。
[0020]進(jìn)一步地，控制板呈水平方向設(shè)置，測(cè)距支撐柱、電機(jī)支撐柱及測(cè)角支撐柱呈垂直方向設(shè)置。
[0021]上述的各部件的設(shè)置方式比較緊湊，降低了整個(gè)檢測(cè)裝置占用的體積，便于安裝和運(yùn)輸。
[0022]進(jìn)一步地，距離傳感器為紅外線傳感器，內(nèi)部安裝有濾波片。
[0023]進(jìn)一步地，減速器輸出軸固定連接主動(dòng)輪，支撐桿上套有從動(dòng)輪，主動(dòng)輪與從動(dòng)輪齒輪連接。
[0024]主動(dòng)輪、從動(dòng)輪的齒輪齒較小，因此能夠較高精度的控制旋轉(zhuǎn)角度，提高判斷障礙物方位的精確性。
[0025]本發(fā)明的另外一個(gè)發(fā)明目的在于提供一種無(wú)人機(jī)用障礙物檢測(cè)方法，包括如下步驟，
[0026]I)使距離傳感器以支撐桿為軸旋轉(zhuǎn)，距離傳感器檢測(cè)無(wú)人機(jī)周圍的障礙物并測(cè)量障礙物與無(wú)人機(jī)的距離；
[0027]2)角度傳感器測(cè)量支撐桿外的磁環(huán)磁信號(hào)變化、計(jì)算距離傳感器的旋轉(zhuǎn)角度；
[0028]3)控制板不斷接收距離數(shù)據(jù)和旋轉(zhuǎn)角度數(shù)據(jù)，將接收時(shí)間同步的距離數(shù)據(jù)和旋轉(zhuǎn)角度數(shù)據(jù)匹配，獲得障礙物位置信息。
[0029]本發(fā)明的方法采用檢測(cè)障礙物與無(wú)人機(jī)的距離和障礙物所處角度的方法，并自動(dòng)將同一時(shí)間的兩種數(shù)據(jù)匹配，保證了數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，換言之，對(duì)于同一障礙物，本方法可實(shí)現(xiàn)在某個(gè)時(shí)間的距離、角度測(cè)量，并且能夠較快地檢測(cè)并判斷出障礙物的具體位置，該方法具有簡(jiǎn)單方便、可靠性高、執(zhí)行效果好等優(yōu)點(diǎn)。
[0030]進(jìn)一步地，步驟I)中，旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的減速器齒輪帶動(dòng)支撐桿、支撐桿帶動(dòng)距離傳感器呈360°旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，電機(jī)為減速器提供動(dòng)力。
[0031]本發(fā)明的一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)在于可360°旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的距離傳感器，而且由于導(dǎo)電滑環(huán)的設(shè)置，距離傳感器可以始終沿一個(gè)方向旋轉(zhuǎn)，由于其可沿順向或者逆向旋轉(zhuǎn)，則降低了對(duì)驅(qū)動(dòng)設(shè)備的要求，只需要普通的減速器、電機(jī)即可滿足需要。當(dāng)然，本發(fā)明的距離傳感器也可以按要求順向-逆向或者逆向-順向旋轉(zhuǎn)。
[0032]進(jìn)一步地，步驟2)中，角度傳感器檢測(cè)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的磁環(huán)磁場(chǎng)強(qiáng)度和/或方向的變化、判斷距離傳感器的旋轉(zhuǎn)角度。
[0033]本發(fā)明創(chuàng)新地采用了測(cè)旋轉(zhuǎn)磁環(huán)磁場(chǎng)強(qiáng)度和/或方向判斷距離傳感器旋轉(zhuǎn)角度，在本發(fā)明的技術(shù)啟示下，本領(lǐng)域技術(shù)人員可根據(jù)選用的磁環(huán)具體的磁場(chǎng)分布信息，使用相應(yīng)的算法即可實(shí)現(xiàn)測(cè)量距離傳感器旋轉(zhuǎn)角度的技術(shù)目的。
[0034]進(jìn)一步地，步驟I)中，通過(guò)校正系數(shù)校正障礙物與無(wú)人機(jī)之間的距離。
[0035]本發(fā)明的有益效果為:在無(wú)人機(jī)飛行過(guò)程中，本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)周圍各個(gè)方向的障礙物進(jìn)行檢測(cè)，避免無(wú)人機(jī)與障礙物發(fā)生碰撞的情況，降低了無(wú)人機(jī)發(fā)生事故的概率，避免了經(jīng)濟(jì)損失。
[0036]本發(fā)明的障礙物檢測(cè)裝置具有可靠性好、安裝簡(jiǎn)單、使用方便、體積小、重量輕、功耗小等優(yōu)點(diǎn)，可安裝于各類無(wú)人機(jī)上。
[0037]本發(fā)明的障礙物檢測(cè)方法簡(jiǎn)單、容易實(shí)現(xiàn)，實(shí)施性較強(qiáng)，具有很高的應(yīng)用價(jià)值，可以在多種無(wú)人機(jī)甚至其他技術(shù)領(lǐng)域使用。
【附圖說(shuō)明】
[0038]圖1為無(wú)人機(jī)用障礙物檢測(cè)裝置的裝配示意圖。
[0039]圖2為無(wú)人機(jī)用障礙物檢測(cè)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0040]圖3為無(wú)人機(jī)用障礙物檢測(cè)裝置的檢測(cè)方法示意圖。
[0041 ]圖中，
[0042]1、測(cè)距裝置；10、距離傳感器；11、導(dǎo)電滑環(huán)；12、測(cè)距支撐柱；13、支撐桿；14、磁環(huán)；2、測(cè)角裝置；20、角度傳感器；21、測(cè)角支撐柱；3、驅(qū)動(dòng)裝置；30、減速器；31、電機(jī)；32、電機(jī)支撐柱；4、控制裝置；40、控制板。
【具體實(shí)施方式】
[0043]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明無(wú)人機(jī)用障礙物檢測(cè)裝置進(jìn)行詳細(xì)的解釋和說(shuō)明。
[0044]實(shí)施例一
[0045]如圖1、2所示，本發(fā)明的一種無(wú)人機(jī)用障礙物檢測(cè)裝置，包括作為整個(gè)無(wú)人機(jī)用障礙物檢測(cè)裝置的控制中心的控制裝置4，及分別與控制裝置4連接的驅(qū)動(dòng)裝置3、測(cè)距裝置1、測(cè)角裝置2，驅(qū)動(dòng)裝置3與測(cè)距裝置I連接，驅(qū)動(dòng)裝置3用于為測(cè)距裝置I的旋轉(zhuǎn)提供相應(yīng)的動(dòng)力，測(cè)角裝置2用于測(cè)量測(cè)距裝置I旋轉(zhuǎn)的角度。
[0046]具體來(lái)說(shuō)，測(cè)距裝置I包括距離傳感器10、支撐桿13、導(dǎo)電滑環(huán)11及測(cè)距支撐柱12，支撐桿13兩端分別固接距離傳感器10和導(dǎo)電滑環(huán)11 一端，測(cè)距支撐柱12兩端分別固接導(dǎo)電滑環(huán)11另一端和控制裝置4，距離傳感器10依次通過(guò)支撐桿13、導(dǎo)電滑環(huán)11、測(cè)距支撐柱12與控制裝置4電連接，距離傳感器10測(cè)得的距離信號(hào)信息依次通過(guò)支撐桿13、導(dǎo)電滑環(huán)11、測(cè)距支撐柱12傳輸至控制裝置4，而控制裝置4同時(shí)為距離傳感器10供電，本發(fā)明的導(dǎo)電滑環(huán)11為多路導(dǎo)電滑環(huán)11，可同時(shí)傳輸信號(hào)和供電；當(dāng)然，在支撐