CN105607642B - 无人机自动在三维空间测距避让和穿越飞行的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种无人机自动在三维空间测距避让和穿越飞行的方法，在避让穿越模式下，采用定点悬停侦测障碍物，同时穿越和避让的过程中采用上下左右前后方向上的多个测距传感器进行侦测，再和自身的面积、体积对比分析，然后根据障碍物的种类来选择穿越或者避让模式，可以有效的避让或者穿越障碍物，大大提高了无人机飞行中的安全性能，便于无人机在各种艰苦环境中执行不同的指令。

Description

无人机自动在三维空间测距避让和穿越飞行的方法

技术领域

本发明涉及一种无人机自动在三维空间测距避让和穿越飞行的方法。

背景技术

现有的无人机采用GPS定位飞行，GPS信号容易受云层和建筑物影响，而无法准确定位，也将错误的判断方向控制飞行。还有操作员在操作无人机的时候只能看到无人机所在位置的GPS平面地图的状况，而无法获知飞行前方物体的高度，也将无法判断无人机是否可以飞行过去，以致撞上建筑物等障碍物，损坏机翼或机体，造成坠机或失控飞行，严重将会砸伤地面上的人和财物。即使带装摄像头的无人机，借用摄像头拍摄，传输回现场视频来操作控制飞行，但其中有图传和操作的时间差。在此时间差中，无人机保持原来飞行方向，以致撞上建筑物等障碍物。

仅限于水平方向测距的无人机，只能在水平方向上避让障碍，无法实现立体三维空间测距避让，如起飞时向上飞行撞向天花板或降落时过快坠落地面。其根本原因就是缺少测距传感器，以至于无人机无法避开和穿越障碍物，特别是没法穿越门窗之类的空间，根本就无法去执行下一步任务。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术之缺陷，提供了一种无人机自动在三维空间测距避让和穿越飞行的方法，其具有避开和穿越障碍物的特性。

本发明是这样实现的：一种无人机自动在三维空间测距避让和穿越飞行的方法，包括以下步骤：

(1)提供一无人机，并将无人机开启避让穿越模式，所述无人机包括一无人机主体，一飞行控制器，设置于所述无人机主体的内部，一防护支架，固定在所述无人机主体上，所述防护支架由轻质防撞的高分子材料或者轻质防撞的金属材料构成，多个测距传感器，至少四个测距传感器分别等距环形安装在所述防护支架的外侧，至少两个测距传感器分别安装在无人机主体的上下方，分别测量水平方向和垂直方向的距离，测距传感器包括发射装置和接收装置，所述测距传感器与飞行控制器连接；

(2)当测距传感器测量到的无人机和障碍物之间的距离数据小于设置的安全距离数值，则无人机先背向障碍物方向飞行，直至大于或等于该安全距离数值，并将无人机悬停，再接收遥控器的无线信号控制飞行；

(3)使用测距传感器侦测需要穿越或者避让的障碍物，同时使用多个测距传感器测量障碍物的长、高、宽，并计算出障碍物的面积，或者测量需要穿越的障碍物的缝隙的长、宽、高，并计算出缝隙的面积；

(4)将测得的障碍物的长、高、宽、障碍物的面积与无人机自身的面积、体积的对比分析，并将数据发送至控制站，或者将障碍物的长、宽、高、缝隙的面积与与无人机自身的面积、体积的对比分析，并将数据发送至控制站，再提供运动的模拟轨迹方案，供控制站选择后执行避让或者穿越动作；

(5)控制站根据接收到的数据进行判断，若障碍物可以绕过，则向飞行控制器发出指令，优先选择避让模式，否则，执行穿越模式。

进一步地，测距传感器为激光发射与接收装置或者超声波发射与接收装置或者雷达发射与接收装置或者红外线发射与接收装置中的一种或者几种。

进一步地，所述无人机为多旋翼无人机或单旋翼无人机或倾转斜无人机。

本发明无人机自动在三维空间测距避让和穿越飞行的方法，采用定点悬停，侦测障碍物，同时穿越和避让的过程中采用上下左右前后方向上的多个测距传感器进行侦测，再和自身的面积体积对比分析，然后根据障碍物的种类来选择穿越或者避让，可以有效的避让或者穿越障碍物，大大提高了无人机的飞行中的安全性能，便于无人机在各种艰苦环境中执行不同的指令。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的俯视图；

图2为本发明实施例提供的侧视图；

图3为本发明实施例提供的无人机主体的示意图；

图4为本发明提供的无人机工作的流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1-图4，本发明实施例提供一种无人机自动在三维空间测距避让和穿越飞行的方法，所述无人机为多旋翼无人机或单旋翼无人机或倾转斜无人机，无人机包括：一无人机主体、飞行控制器、一防护支架、多个测距传感器。

一无人机主体1，其具有四个旋转翼、四个电机、四个连接杆。

一飞行控制器2，设置于无人机主体1的内部。

一防护支架3，固定在所述无人机主体1上，并包覆所述无人机主体1上，所述防护支架3由轻质防撞的高分子材料或者轻质防撞的金属材料构成。

多个测距传感器4，至少四个测距传感器4分别等距环形安装在所述防护支架3的外侧，至少两个测距传感器4分别安装在无人机主体1的上下方，分别测量水平方向和垂直方向的距离，测距传感器4包括发射装置和接收装置，所述测距传感器4与飞行控制器2连接，测距传感器4为激光发射与接收装置或者超声波发射与接收装置或者雷达发射与接收装置或者红外线发射与接收装置中的一种或者几种。

若所述测距传感器4为超声波发射与接收装置，则测距传感器4中的超声波发射装置会在无人机飞行过程中不断向上下前后左右六个方向发射超声波，每发射一次，就在发射同时开始计时，当无人机的行驶过程中出现了障碍物时，发射出来的超声波会遇到障碍物反射回来，测距传感器4中的接收装置接收到了反射回来的超声波，就停止计时，从而可以测出发射超声波和接收到回波的时间差T，然后根据声速求出距离L。激光发射与接收装置、雷达发射与接收装置、红外线发射与接收装置的原理同上，就不再叙述。

具体地，无人机自动在三维空间测距避让和穿越飞行的方法包括以下步骤：

(1)提供一无人机，并将无人机开启避让穿越模式。

(2)当测距传感器4测量到的无人机和障碍物之间的距离数据小于设置的安全距离数值，则无人机先背向障碍物方向飞行，直至大于或等于该安全距离数值，并将无人机悬停，再接收遥控器的无线信号控制飞行。

(3)使用测距传感器4侦测需要穿越或者避让的障碍物，同时使用多个测距传感器4测量障碍物的长、高、宽，并计算出障碍物的面积，或者测量需要穿越的障碍物的缝隙的长、宽、高，并计算出缝隙的面积。

(4)将测得的障碍物的长、高、宽、障碍物的面积与无人机自身的面积、体积的对比分析，并将数据发送至控制站，或者将障碍物的长、宽、高、缝隙的面积与与无人机自身的面积、体积的对比分析，并将数据发送至控制站，再提供运动的模拟轨迹方案，供控制站选择后执行避让或者穿越动作。

(5)控制站根据接收到的数据进行判断，若障碍物可以绕过，则向飞行控制器2发出指令，优先选择避让模式，否则，执行穿越模式。

本发明多个测距传感器4，至少四个测距传感器4分别等距环形安装在所述防护支架3的外侧，至少两个测距传感器4分别安装在无人机主体1的上下方，分别测量水平方向和垂直方向的距离，测距传感器4随时将距离数据传输给飞行控制器2，飞行控制器2分析距离数据，同时无线传输给无人机的操作员(通过遥控无线信号)，使得操作员可以及时根据障碍的方向改变无人机的飞行路线，通过向飞行控制器发出信号，保证无人机安全飞行通过测量的距离数据，同时也保持无人机距离前后左右上下方向的物体在某一数值以外范围飞行，当距离小于该数值，则无人机先往相反方向飞行调整，至大于或等于该数值，无人机再接受远程遥感信号来控制飞行，在保障无人机的安全完整前提下，更有利于穿越各种的建筑物门窗或动植物间间隙的立体空间，防止触碰到外界的障碍物，去执行下一步任务。

可用于警方和军方，在作战和救援现场，实现立体三维空间测距，穿越建筑物门窗或动植物间间隙的立体空间，去执行下一步任务，如投放烟雾弹、闪光弹、催泪弹、手榴弹、救援物资(救生衣、急救药、照明灯、安全绳、救生口粮等)，协助警方和军方作战和救援。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种无人机自动在三维空间测距避让和穿越飞行的方法，其特征在于，

包括以下步骤：

(1)提供一无人机，并将无人机开启避让穿越模式，所述无人机包括一无人机主体，一飞行控制器，设置于所述无人机主体的内部，一防护支架，固定在所述无人机主体上，所述防护支架由轻质防撞的高分子材料或者轻质防撞的金属材料构成，多个测距传感器，至少四个测距传感器分别等距环形安装在所述防护支架的外侧，至少两个测距传感器分别安装在无人机主体的上下方，分别测量水平方向和垂直方向的距离，测距传感器包括发射装置和接收装置，所述测距传感器与飞行控制器连接；

(2)当测距传感器测量到的无人机和障碍物之间的距离数据小于设置的安全距离数值，则无人机先背向障碍物方向飞行，直至大于或等于该安全距离数值，并将无人机悬停，再接收遥控器的无线信号控制飞行；

(3)使用测距传感器侦测需要穿越或者避让的障碍物，同时使用多个测距传感器测量障碍物的长、高、宽，并计算出障碍物的面积，或者测量需要穿越的障碍物的缝隙的长、宽、高，并计算出缝隙的面积；

(4)将测得的障碍物的长、高、宽、障碍物的面积与无人机自身的面积、体积的对比分析，并将数据发送至控制站，或者将缝隙的长、宽、高、缝隙的面积与与无人机自身的面积、体积的对比分析，并将数据发送至控制站，再提供运动的模拟轨迹方案，供控制站选择后执行避让或者穿越动作；

(5)控制站根据接收到的数据进行判断，若障碍物可以绕过，则向飞行控制器发出指令，优先选择避让模式，否则，执行穿越模式。

2.根据权利要求1所述的一种无人机自动在三维空间测距避让和穿越飞行的方法，其特征在于：所述测距传感器为激光发射与接收装置或者超声波发射与接收装置或者雷达发射与接收装置或者红外线发射与接收装置中的一种或者几种。

3.根据权利要求1所述的一种无人机自动在三维空间测距避让和穿越飞行的方法，其特征在于：所述无人机为多旋翼无人机或单旋翼无人机或倾转旋翼无人机。