一種無人機避障方法及避障系統與流程

本發明屬于無人機避障領域，尤其是涉及一種無人機避障方法及避障系統。

背景技術：

自主避障系統對于無人機的飛行路徑規劃能力起著至關重要的作用，是無人機順利完成飛行任務的重要安全保障。因此，無人機的自主避障系統已成為近年來研究的熱點問題之一，現階段無人機的自主避障與新路徑規劃大多處于仿真階段，具有實用性和可行性的較少。如何設計有效而又實用的自主避障系統，保障無人機的安全飛行是一個亟待解決的問題。

目前無人機的避障系統主要是利用超聲波傳感器來測量無人機和障礙物之間的距離，當無人機和障礙物之間的距離小于預設的安全距離閾值時，無人機改變飛行軌跡，重新進行航跡規劃，但超聲波避障傳感器在測量距離時常常存在盲區。

技術實現要素：

有鑒于此，本發明旨在提出一種無人機避障方法及避障系統，以解決現有無人機避障方法及避障系統功能不完善，容易出錯的難題。

為達到上述目的，本發明的技術方案是這樣實現的：

一種無人機避障方法主要包括處理器執行部分和控制器執行部分，所述處理器執行部分根據障礙物位置進行避障處理，所述處理器執行部分包括水平方向飛行處理和豎直方向飛行處理，所述水平方向飛行處理包括建立坐標系、判斷偏轉方向和計算偏轉角度，所述豎直方向飛行處理根據上方和下方垂直方向上的障礙物進行避障處理，所述控制器執行部分執行處理器處理過的信息。

進一步的，所述建立坐標系的方法，具體如下：

S101、視頻測距裝置實時采集障礙物的圖像，并計算障礙物與無人機之間的間距L；

S102、比較間距L與閾值L0的大小；

當L≥L0，返回執行步驟S101；

當L<L0，繼續執行步驟S103。

S103、利用電子羅盤采集無人機的飛行方向，以無人機的飛行方向為Y軸，無人機所在位置為原點(0,0)，建立坐標系。

進一步的，所述判斷偏轉方向的方法為，根據建立的坐標系，所述障礙物的坐標為(X0，Y0)，根據障礙物在X軸上的坐標X0的位置，有以下幾種情況；

S201、X0<0，無人機飛行方向向右偏轉角度α；

S202、X0＝0，無人機飛行方向向右偏轉角度α；

S203、X0>0，無人機飛行方向向左偏轉角度α。

進一步的，所述計算偏轉角度α，具體方法如下；

D為無人機飛行狀態時的直徑，即，

進一步的，所述豎直飛行處理方法如下：

S301、上方垂直測距傳感器探測到與無人機上方障礙物垂直方向距離為D1，下方垂直測距傳感器探測到與無人機下方障礙物垂直方向距離為D2，垂直方向設定的閾值為D0；

S302、比較D1、D2與D0的大小；

當D1≤DO時，無人機向下飛行；

當D2≤D0時，無人機向上飛行；

當D1≤DO，且D2≤D0時，無人機掉頭飛行。

進一步的，所述控制器執行部分，具體方法如下；

S4O1、處理器將計算好的偏轉角度和豎直飛行方向發送給控制器；

S402、控制器根據偏轉角度的值和豎直飛行方向，向電機驅動電路輸出相應的PWM控制信號，進而控制無人機的飛行方向。

相對于現有技術，本發明所述的無人機避障方法具有以下優勢：

本發明所述的無人機避障方法可以在執行任務時迅速的測量出無人機與障礙物的距離，并計算出飛行方向和偏轉角度，有效的多避開障礙；所述無人機可以通過通信模塊實現人工操作，通過人工操作和無人機自主避障系統及方法的結合可以更加有效的執行任務。

本發明的另一目的在于提出一種無人機避障系統，以解決現有無人機避障系統功能不完善，躲避障礙時容易出錯，信息測量不夠準確等難題。

為達到上述目的，本發明的技術方案是這樣實現的：

一種無人機避障系統，包括處理器和控制器，所述處理器和控制器相連接，所述處理器還分別連接垂直測距傳感器、視頻測距裝置、存儲模塊、電子羅盤，所述視頻測距裝置通過云臺連接無人機本體上，所述垂直測距傳感器安裝在無人機前端的探測裝置上，所述探測裝置延伸的長度與無人機前方兩個螺旋槳運行時，兩個圓的外切線持平，所述無人機本體后方安裝配重裝置，所述外切線為無人機外圍的外切線，所述控制器連接驅動電路。

進一步的，所述垂直測距傳感器包括上方垂直測距傳感器和下方垂直測距傳感器，所述垂直測距傳感器安裝在探測裝置的前端，所述垂直測距傳感器為激光測距傳感器。

進一步的，所述控制器還連接通信模塊，控制器通過通信模塊與地面站進行數據信號傳輸。

進一步的，所述視頻測距裝置采用支持TOF技術的高速球形攝像機或支持TOF技術的云臺攝像機。

所述無人機避障系統與上述無人機避障方法相對于現有技術所具有的優勢相同，在此不再贅述。

附圖說明

構成本發明的一部分的附圖用來提供對本發明的進一步理解，本發明的示意性實施例及其說明用于解釋本發明，并不構成對本發明的不當限定。在附圖中：

圖1為本發明實施例所述的無人機結構正視圖；

圖2為本發明實施例所述的無人機結構俯視圖；

圖3為本發明實施例所述的無人機控制系統結構示意圖；

圖4為本發明實施例所述的無人機建立坐標系結構示意圖；

圖5為本發明實施例所述的無人機避障方法水平飛行處理方法流程圖。

附圖標記說明：

1-無人機本體；2-云臺；3-視頻測距裝置；4-探測裝置；5-上方垂直測距傳感器；6-配重裝置。

具體實施方式

需要說明的是，在不沖突的情況下，本發明中的實施例及實施例中的特征可以相互組合。

在本發明的描述中，需要理解的是，術語“中心”、“縱向”、“橫向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底”、“內”、“外”等指示的方位或位置關系為基于附圖所示的方位或位置關系，僅是為了便于描述本發明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發明的限制。此外，術語“第一”、“第二”等僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性或者隱含指明所指示的技術特征的數量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隱含地包括一個或者更多個該特征。在本發明的描述中，除非另有說明，“多個”的含義是兩個或兩個以上。

在本發明的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規定和限定，術語“安裝”、“相連”、“連接”應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內部的連通。對于本領域的普通技術人員而言，可以通過具體情況理解上述術語在本發明中的具體含義。

下面將參考附圖并結合實施例來詳細說明本發明。

如圖3至圖5所示，一種無人機避障方法，主要包括處理器執行部分和控制器執行部分，所述處理器執行部分根據障礙物位置進行避障處理，所述處理器執行部分包括水平方向飛行處理和豎直方向飛行處理，所述水平方向飛行處理包括建立坐標系、判斷偏轉方向和計算偏轉角度，所述豎直方向飛行處理根據上方和下方垂直方向上的障礙物進行避障處理，所述控制器執行部分執行處理器處理過的信息。

建立坐標系的方法，具體如下：

S101、視頻測距裝置3實時采集障礙物的圖像，并計算障礙物與無人機之間的間距L；

S102、比較間距L與閾值L0的大小；

當L≥L0，返回執行步驟S101；

當L<L0，繼續執行步驟S103。

S103、利用電子羅盤采集無人機的飛行方向，以無人機的飛行方向為Y軸，無人機所在位置為原點(0,0)，建立坐標系。

判斷偏轉方向的方法為，根據建立的坐標系，所述障礙物的坐標為(X0，Y0)，根據障礙物在X軸上的坐標X0的位置，有以下幾種情況；

S201、X0<0，無人機飛行方向向右偏轉角度α；

S202、X0＝0，無人機飛行方向向右偏轉角度α；

S203、X0>0，無人機飛行方向向左偏轉角度α。

計算偏轉角度α，具體方法如下；

D為無人機飛行狀態時的直徑，即，

豎直飛行處理方法如下：

S301、上方垂直測距傳感器5探測到與無人機上方障礙物垂直方向距離為D1，下方垂直測距傳感器探測到與無人機下方障礙物垂直方向距離為D2，垂直方向設定的閾值為D0；

S302、比較D1、D2與D0的大小；

當D1≤DO時，無人機向下飛行；

當D2≤D0時，無人機向上飛行；

當D1≤DO，且D2≤D0時，無人機掉頭飛行。

控制器執行部分，具體方法如下；

S4O1、處理器將計算好的偏轉角度和豎直飛行方向發送給控制器；

S402、控制器根據偏轉角度的值和豎直飛行方向，向電機驅動電路輸出相應的PWM控制信號，進而控制無人機的飛行方向。

如圖1至圖3所示，一種無人機避障系統，包括處理器和控制器，所述處理器和控制器相連接，所述處理器還分別連接垂直測距傳感器、視頻測距裝置3、存儲模塊、電子羅盤，所述視頻測距裝置3通過云臺2連接無人機本體1上，所述垂直測距傳感器安裝在無人機前端的探測裝置4上，所述探測裝置4延伸的長度與無人機前方兩個螺旋槳運行時，兩個圓的外切線持平，所述無人機本體1后方安裝配重裝置6，所述外切線為無人機外圍的外切線，所述控制器連接驅動電路。垂直測距傳感器安裝在探測裝置4最前端可以在無人機剛靠近上方或者下方垂直方向上的障礙物時，可以及時調整飛行方向避免無人機撞上障礙物。

垂直測距傳感器包括上方垂直測距傳感器5和下方垂直測距傳感器，所述垂直測距傳感器安裝在探測裝置4的前端，所述垂直測距傳感器為激光測距傳感器。上方垂直測距傳感器5可以探測與上方障礙物垂直方向上的距離，所述下方垂直測距傳感器可以探測下方障礙物垂直方向上的距離。

控制器還連接通信模塊，控制器通過通信模塊與地面站進行數據信號傳輸。無人機也可通過通信模塊接收來自地面站的控制信號，實現人工控制飛行。

視頻測距裝置3采用支持TOF技術的高速球形攝像機或支持TOF技術的云臺攝像機。所述視頻測距裝置3采用支持TOF技術的高速球形攝像機或支持TOF技術的云臺攝像機，可用于測量障礙物和無人機之間的間距L，所述間距L為障礙物到攝像機鏡頭的距離。

以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，并不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。