飛行機器人避障裝置以及飛行機器人避障方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種飛行機器人避障裝置以及飛行機器人避障方法。根據(jù)本發(fā)明的飛行機器人避障裝置包括：安裝于飛行機器人外表面的多個探測器；而且其中所述多個探測器中任意兩個相鄰的探測器的探測區(qū)域重疊，從而使飛行機器人避障裝置能夠探測飛行機器人周圍預定距離范圍內任意方向朝向飛行機器人靠近的物體。
【專利說明】
飛行機器人避障裝置以及飛行機器人避障方法
技術領域
[0001]本發(fā)明涉及飛行機器人設計領域，具體涉及一種飛行機器人避障裝置以及飛行機器人避障方法。
【背景技術】
[0002]飛行機器人的種類繁多，常見的小型飛行機器人具有機動性好、起飛著陸場地小的優(yōu)點，可在空中有限的(視距)范圍內作飛行，因此具有相當廣泛的用途。
[0003]在一些使用場合，飛行機器人可以實現(xiàn)低空實時監(jiān)視，獲得的分辨率高、清晰的圖像。一般，飛行機器人可以用于森林田野及城市的防火巡視、空中攝像等工作。隨著飛行機器人系統(tǒng)的應用深入，需要在室內或復雜環(huán)境下飛行，因此，需要飛行機器人具有避障的功會K。
[0004]目前，具有避障的功能的飛行機器人攜帶的避障傳感器均安裝在飛行機器人前部。從而，由于傳感器存在探測盲區(qū)，往往無法實現(xiàn)對周圍環(huán)境任意平面360度范圍的感知。
[0005]因此，本領域的技術人員致力于開發(fā)一種能夠實現(xiàn)對周圍環(huán)境任意平面360度范圍的感知的飛行機器人避障裝置以及飛行機器人避障方法。
【發(fā)明內容】
[0006]有鑒于現(xiàn)有技術的上述缺陷，本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種能夠實現(xiàn)對周圍環(huán)境任意平面360度范圍的感知的飛行機器人避障裝置以及飛行機器人避障方法。
[0007]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種飛行機器人避障裝置，包括:安裝于飛行機器人外表面的多個探測器;而且其中所述多個探測器中任意兩個相鄰的探測器的探測區(qū)域重疊，從而使飛行機器人避障裝置能夠探測飛行機器人周圍預定距離范圍內任意方向朝向飛行機器人靠近的物體。
[0008]優(yōu)選地，所述多個探測器安裝在同一安裝平面上，并且在安裝平面上每隔一定夾角均布安裝。
[0009]優(yōu)選地，所述多個探測器等間距布置。
[0010]優(yōu)選地，探測器是基于飛行時間原理的激光測距傳感器測距模塊、RGB-D攝像機、紅外測距模塊或超聲測距傳感器。
[0011 ]根據(jù)本發(fā)明，還提供了一種飛行機器人避障方法，包括:
[0012]第一步驟:利用探測器實時探測并判斷飛行機器人周圍方向上是否存在障礙物或威脅;如果存在障礙物和/或威脅，轉向第二步驟；
[0013]第二步驟:建立所述障礙物或威脅對應的飛行禁飛區(qū)，并計算飛行機器人到所述禁飛區(qū)的距離；
[0014]第三步驟:判斷飛行機器人到所述禁飛區(qū)的距離是否小于預定的安全距離；
[0015]第四步驟:如果飛行機器人到禁飛區(qū)的距離小于安全距離，則根據(jù)禁飛區(qū)位置計算避障速度矢量；
[0016]第五步驟:根據(jù)所計算得到的避障速度矢量，計算飛行機器人的姿態(tài)變化角以使得飛行機器人根據(jù)姿態(tài)變化角執(zhí)行姿態(tài)變化，隨后按照避障速度矢量飛行，使得飛行機器人到禁飛區(qū)的距離不小于安全距離。
[0017]優(yōu)選地，所述避障速度矢量包括飛行機器人避障速度以及避障飛行航向，其中飛行機器人避障飛行航向與飛行機器人相對于禁飛區(qū)的方向相反。
[0018]優(yōu)選地，所述飛行機器人避障方法還包括第六步驟:如果第一步驟沒有探測到任何的障礙物或者威脅，則保持飛行機器人的原有飛行狀態(tài)
[0019]優(yōu)選地，所述飛行機器人避障方法還包括:判斷飛行機器人是否完成飛行任務，如果沒有完成飛行任務，則轉第一步驟。
[0020]優(yōu)選地，在當飛行機器人設置有飛行目標點的情況下，則在第五步驟進一步根據(jù)所計算得到的避障速度矢量，計算飛行機器人前進的步長;而且在第六步驟進一步根據(jù)目標位置計算目標引導速度矢量，并根據(jù)該目標引導速度矢量計算前進的步長。
[0021]以下將結合附圖對本發(fā)明的構思、具體結構及產生的技術效果作進一步說明，以充分地了解本發(fā)明的目的、特征和效果。
【附圖說明】
[0022]圖1是根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例的飛行機器人避障裝置的原理示意圖。
[0023]圖2是根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例的飛行機器人避障方法的流程圖。
[0024]需要說明的是，附圖用于說明本發(fā)明，而非限制本發(fā)明。注意，表示結構的附圖可能并非按比例繪制。并且，附圖中，相同或者類似的元件標有相同或者類似的標號。
【具體實施方式】
[0025]〈飛行機器人避障裝置〉
[0026]圖1是根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例的飛行機器人避障裝置的原理示意圖。
[0027]如圖1所示，根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例的飛行機器人避障裝置包括:安裝于飛行機器人外表面的多個探測器;而且其中所述多個探測器中任意兩個相鄰的探測器的探測區(qū)域重疊，從而使飛行機器人避障裝置能夠探測飛行機器人周圍預定距離范圍內任意方向朝向飛行機器人靠近的物體。
[0028]例如，如圖1所述，飛行機器人避障裝置包括安裝于飛行機器人外表面100的第一探測器10、第二探測器20、第三探測器30、第四探測器40、第五探測器50、第六探測器60;其中，第一探測器10的第一探測區(qū)域11與第二探測器20的第二探測區(qū)域21重疊；第二探測器20的第二探測區(qū)域21與第三探測器30的第三探測區(qū)域31重疊;第三探測區(qū)域31與第四探測器40的第四探測區(qū)域41重疊;第四探測器40的第四探測區(qū)域41與第五探測器50的第五探測區(qū)域51重疊;第五探測器50的第五探測區(qū)域51與第六探測器60的第六探測區(qū)域61重疊;第六探測器60的第六探測區(qū)域61與第一探測器10的第一探測區(qū)域11重疊。由此，整體探測區(qū)域覆蓋360度的周圍球狀空間。
[0029]而且，圖1示出了平面布置的示意，實際上也可以形成布置在整個飛行機器人外表面的立體布置網絡。
[0030]優(yōu)選地，所述多個探測器安裝在同一安裝平面上，并且在安裝平面上每隔一定夾角均布安裝。
[0031]優(yōu)選地，所述多個探測器等間距布置。
[0032]例如，探測器是基于飛行時間(Time of Flight，T0F)原理的激光測距傳感器的測距模塊、RGB-D攝像機、紅外測距模塊、超聲測距模塊等傳感器。
[0033]本發(fā)明的飛行機器人避障裝置安裝于無人機外表面，可以同時探測周圍任意維度360度范圍內接近的物體，可以實現(xiàn)對周圍360球體內的障礙物進行感知。本發(fā)明的飛行機器人避障裝置可以實現(xiàn)對任意方向靠近的障礙物實施避障。
[0034]〈飛行機器人避障方法〉
[0035]圖2是根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例的飛行機器人避障方法的流程圖。圖2所示的根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例的飛行機器人避障方法可以采用圖1所示的根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例的飛行機器人避障裝置。
[0036]當飛行機器人進行操控飛行時，通過探測器探測周圍狀況，實時探測并判斷飛行機器人周圍方向上是否存在障礙物及突發(fā)威脅;如果存在則進行限制飛行速度方向，避免飛行機器人撞擊障礙物體。
[0037]具體地，如圖2所示，根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例的飛行機器人避障方法包括:
[0038]第一步驟S1:利用探測器實時探測并判斷飛行機器人周圍方向上是否存在障礙物或威脅;如果存在障礙物和/或威脅，轉向第二步驟S2;否則轉向第六步驟S6;
[0039]第二步驟S2:建立所述障礙物或威脅對應的飛行禁飛區(qū)，并計算飛行機器人到所述禁飛區(qū)的距離；
[0040]第三步驟S3:判斷飛行機器人到所述禁飛區(qū)的距離是否小于預定的安全距離；
[0041]第四步驟S4:如果飛行機器人到禁飛區(qū)的距離小于安全距離，則根據(jù)禁飛區(qū)位置計算避障速度矢量;具體地，所述避障速度矢量包括飛行機器人避障速度以及避障飛行航向，其中飛行機器人避障飛行航向與飛行機器人相對于禁飛區(qū)的方向相反；
[0042]另一方面，如果飛行機器人到禁飛區(qū)的距離不小于安全距離，則可以暫時不執(zhí)行避障處理。
[0043]第五步驟S5:根據(jù)所計算得到的避障速度矢量，計算飛行機器人的姿態(tài)變化角以使得飛行機器人根據(jù)姿態(tài)變化角執(zhí)行姿態(tài)變化，隨后按照避障速度矢量飛行，由此使得飛行機器人到禁飛區(qū)的距離不小于安全距離；
[0044]第六步驟S6:如果沒有探測到任何的障礙物或者威脅，則保持飛行機器人的原有飛行狀態(tài)；
[0045]可以實時地或者定期地判斷飛行機器人是否完成飛行任務，如果沒有完成飛行任務則可以轉第一步驟SI持續(xù)判斷存在障礙物和/或威脅并執(zhí)行后續(xù)步驟;如果完成飛行任務則可以結束處理。
[0046]此外，在當飛行機器人設置有飛行目標點的情況下，則在第五步驟S5進一步根據(jù)所計算得到的避障速度矢量，計算飛行機器人前進的步長;而且在第六步驟S6進一步根據(jù)目標位置計算目標引導速度矢量，并根據(jù)該目標引導速度矢量計算前進的步長。
[0047]根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例的飛行機器人避障方法能夠有效地執(zhí)行避障處理。
[0048]上述說明示出并描述了本發(fā)明的優(yōu)選實施例，如前所述，應當理解本發(fā)明并非局限于本文所披露的形式，不應看作是對其他實施例的排除，而可用于各種其他組合、修改和環(huán)境，并能夠在本文所述發(fā)明構想范圍內，通過上述教導或相關領域的技術或知識進行改動。而本領域人員所進行的改動和變化不脫離本發(fā)明的精神和范圍，則都應在本發(fā)明所附權利要求的保護范圍內。
【主權項】
1.一種飛行機器人避障裝置，其特征在于包括:安裝于飛行機器人外表面的多個探測器;而且其中所述多個探測器中任意兩個相鄰的探測器的探測區(qū)域重疊，從而使飛行機器人避障裝置能夠探測飛行機器人周圍預定距離范圍內任意方向朝向飛行機器人靠近的物體。2.如權利要求1所述的飛行機器人避障裝置，其特征在于，所述多個探測器安裝在同一安裝平面上，并且在安裝平面上每隔一定夾角均布安裝。3.如權利要求1或2所述的飛行機器人避障裝置，其特征在于，所述多個探測器等間距布置。4.如權利要求1或2所述的飛行機器人避障裝置，其特征在于，探測器是基于飛行時間原理的激光測距傳感器測距模塊、RGB-D攝像機、紅外測距模塊或超聲測距傳感器。5.一種飛行機器人避障方法，其特征在于包括: 第一步驟:利用探測器實時探測并判斷飛行機器人周圍方向上是否存在障礙物或威脅;如果存在障礙物和/或威脅，轉向第二步驟； 第二步驟:建立所述障礙物或威脅對應的飛行禁飛區(qū)，并計算飛行機器人到所述禁飛區(qū)的距離； 第三步驟:判斷飛行機器人到所述禁飛區(qū)的距離是否小于預定的安全距離； 第四步驟:如果飛行機器人到禁飛區(qū)的距離小于安全距離，則根據(jù)禁飛區(qū)位置計算避障速度矢量； 第五步驟:根據(jù)所計算得到的避障速度矢量，計算飛行機器人的姿態(tài)變化角以使得飛行機器人根據(jù)姿態(tài)變化角執(zhí)行姿態(tài)變化，隨后按照避障速度矢量飛行，使得飛行機器人到禁飛區(qū)的距離不小于安全距離。6.如權利要求5所述的飛行機器人避障方法，其特征在于，所述避障速度矢量包括飛行機器人避障速度以及避障飛行航向，其中飛行機器人避障飛行航向與飛行機器人相對于禁飛區(qū)的方向相反。7.如權利要求5或6所述的飛行機器人避障方法，其特征在于還包括: 第六步驟:如果第一步驟沒有探測到任何的障礙物或者威脅，則保持飛行機器人的原有飛行狀態(tài)。8.如權利要求5或6所述的飛行機器人避障方法，其特征在于還包括:判斷飛行機器人是否完成飛行任務，如果沒有完成飛行任務，則轉第一步驟。9.如權利要求5或6所述的飛行機器人避障方法，其特征在于，在當飛行機器人設置有飛行目標點的情況下，則在第五步驟進一步根據(jù)所計算得到的避障速度矢量，計算飛行機器人前進的步長;而且在第六步驟進一步根據(jù)目標位置計算目標引導速度矢量，并根據(jù)該目標引導速度矢量計算前進的步長。
【文檔編號】G05D1/08GK105912026SQ201610424513
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年6月15日
【發(fā)明人】惲為民, 鄧寅喆, 龐作偉
【申請人】上海未來伙伴機器人有限公司