CN106708091A - 一种避障装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种避障装置，用于侦测不载人移动装置的周围环境，所述避障装置包括：增稳云台，可连接于所述不载人移动装置，所述增稳云台具有增稳器以保持至少一云台相机稳定承载；避障模块，固定安装于所述增稳云台，以减少所述不载人移动装置动作时对所述避障模块探测周围环境的干扰。本发明的避障装置，能够在不载人移动装置不稳或姿态变化时，保持稳定姿态，实现有效的避障。

Description

一种避障装置
技术领域
本发明涉及避障技术，尤其涉及的是一种避障装置。
背景技术
无人机视觉导航系统具有复杂未知飞行环境实时建模、自主定位及导航的技术特点。无人机平台通过搭载可见光摄像头、红外摄像头以及激光测距机等多种传感器，可同时采集多维飞行环境信息，利用机载处理器与地面站的数据交互及协同计算框架，实时重建未知飞行环境的三维模型，实现不依赖任何外部定位设备(如GPS等)的自主定位及自主视觉避障、跟踪及着陆，可广泛应用于通信环境复杂的未知飞行环境侦察、监控及探测、灾难现场搜救等应用。
目前无人机上应用的视觉避障系统大部分是单一方向的，例如DJI的精灵4，YUNEEC的TyphoonH等产品。
这些避障方案都是将光学传感器固定在无人机机体上面。而固定在机体上有两个缺点：1.无人机机体震动大，这样会导致传感器采集过来的光学图像信息也随之高频抖动，因而无法应用高分辨率的避障摄像头，导致难以分辨出很细小的障碍物，例如电线等；2.飞行时机身姿态会改变，这样会导致避障模块的镜头不能一直对准飞行方向的平面，无法实现飞行时的避障。传统解决这个的办法是限制无人机在运动过程中的姿态变化角度，也就是限制无人机飞行速度，导致飞行体验不好，而且也无法实现机体振动情况下的避障。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种避障装置，能够在不载人移动装置不稳或姿态变化时，保持稳定姿态，实现有效的避障。
为解决上述问题，本发明提出一种避障装置，用于侦测不载人移动装置的周围环境，所述避障装置包括：
增稳云台，可连接于所述不载人移动装置，所述增稳云台具有增稳器以保持至少一云台相机稳定承载；
避障模块，固定安装于所述增稳云台，以减少所述不载人移动装置动作时对所述避障模块探测周围环境的干扰。
根据本发明的一个实施例，所述增稳云台包括转动轴件和增稳支架，所述避障模块安装在所述增稳支架上，所述增稳支架通过所述转动轴件活动连接所述不载人移动装置，以在所述不载人移动装置动作时，所述避障模块能够相对所述不载人移动装置活动而保持姿态。
根据本发明的一个实施例，所述增稳支架通过所述转动轴件实现在三个相互垂直平面内旋转或在两个相互垂直平面内旋转或在单个平面内旋转。
根据本发明的一个实施例，所述增稳支架作为所述增稳云台的最外侧部件，环设在所述转动轴件周围。
根据本发明的一个实施例，所述增稳支架包括呈带有缺口的框结构，所述缺口用于容纳所述云台相机。
根据本发明的一个实施例，所述云台相机通过相机转轴可转动连接在所述框结构的缺口上。
根据本发明的一个实施例，所述转动轴件的其中一转轴与所述框结构的框平面共面设置，所述框结构绕该共面的转轴转动。
根据本发明的一个实施例，所述相机转轴与所述转动轴件的其中一转轴相互平行。
根据本发明的一个实施例，所述云台相机和所述避障模块的姿态独立控制。
根据本发明的一个实施例，所述避障模块包括布置在所述增稳支架外周沿上且朝向外侧的周向避障镜头，所述周向避障镜头在周向的每个方向上均设置，以实现全向避障。
根据本发明的一个实施例，所述避障镜头包括四对双目镜头，在所述增稳支架的四周每个方向上均布一对双目镜头。
根据本发明的一个实施例，所述避障模块还包括底部避障镜头，布置在所述增稳支架的底部且朝向下方，以实现下方避障。
根据本发明的一个实施例，所述不载人移动装置为无人机。
采用上述技术方案后，本发明相比现有技术具有以下有益效果：
将避障模块安装到增稳云台上，可以实现避障模块的增稳，无论不载人移动装置如何动作，均可以保持避障模块稳定地朝向一个方向，从而避障模块采集到的图像可以更稳定，因而可以采用更高分辨率的光学镜头，对更细小的障碍物也能分辨清晰，从而更有效地实现避障，而且不再对不载人移动装置的动作造成约束；
增稳支架上同时安装云台相机和避撞模块，使得增稳云台成为共用结构，从而可以节省安装空间以及成本，而将云台相机可转动安装在增稳支架的缺口上，则相当于为增稳云台多增加了一个转轴，云台相机在缺口中转动，则各个角度拍摄过程中，便不会受到增稳支架的遮挡，使得拍摄角度更少受限制。
附图说明
图1为本发明实施例的避障装置的一种转动状态的立体结构示意图；
图2为图1的避障装置的正面结构示意图；
图3为图1的避障装置的俯视结构示意图；
图4为图1的避障装置的仰视结构示意图；
图5为本发明实施例的避障装置的另一种转动状态的立体结构示意图
图6为本发明实施例的避障装置的又一种转动状态的立体结构示意图。
图中标号说明：
11-增稳支架，12-X轴臂，13-Z轴臂，14-Y轴臂，15-连接部，21-周向避障镜头，22-底部避障镜头，3-云台相机。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。
参看图1-6，在一个实施例中，避障装置包括增稳云台和避障模块，用于侦测不载人移动装置的周围环境。增稳云台或者称自稳云台，是指具有增稳功能的云台，云台上设置有增稳器，在云台的不载人移动装置随意动时，增稳器保持其增稳的对象相对地面姿态不变。
本实施例中，增稳云台连接到不载人移动装置(图中未示出)上，避障模块安装在增稳云台上，换言之，避障模块通过增稳云台间接连接到不载人移动装置上，而且能够通过增稳云台相对不载人移动装置自由转动。增稳器用来保持避障模块的探测稳定和云台相机的拍摄稳定。在不载人移动装置动作时，避障模块通过增稳云台增稳，在不载人移动装置振动或任意变换姿态时，增稳云台能够灵活应变地运动，使得避障模块能够保持稳定姿态，以减少不载人移动装置动作时对所述避障模块探测周围环境的干扰。
将避障模块安装到增稳云台，可以实现避障模块的增稳，无论不载人移动装置如何动作，均可以保持避障模块稳定地朝向一个方向，避障模块采集到的图像可以更稳定，因而可以采用更高分辨率的光学镜头，对更细小的障碍物也能分辨清晰，从而更有效地实现避障，而且不再对不载人移动装置的动作造成约束。
在一个实施例中，不载人移动装置可以为无人机，也就是说，将避撞模块安装到增稳云台上后，再安装到无人机上，实现整个无人机的避障，相比于现有技术将避撞模块直接安装在无人机机体上，无论飞机机体如何振动或者姿态如何变化，避障模块通过增稳云台的增稳而保持稳定，一直稳定在飞行方向的平面上，从而可以分辨出很细小的障碍物，实现无人机飞行时的避障，还不限制无人机飞行过程中的姿态变化角度或飞行速度，飞行体验更好。但不作为限制，不载人移动装置例如还可以是机器人等。
避障模块可以采用避障传感器，例如是红外避障传感器、激光测距传感器、超声波测距传感器等，优选采用光学传感器，增稳云台的增稳可以保证光学镜头朝向一个方向。
在一个实施例中，增稳云台包括转动轴件和增稳支架11。避障模块安装在增稳支架上，增稳支架通过转动轴件活动连接不载人移动装置，增稳支架通过增稳器的增稳作用可以通过转动轴件作出应变运动，从而在不载人移动装置动作时，避障模块能够相对不载人移动装置活动而保持姿态。
增稳支架具体绕几个轴运动，可根据需要而定。在一个实施例中，增稳支架通过转动轴件实现在三个相互垂直平面内旋转或在两个相互垂直平面内旋转或在单个平面内旋转，换言之，转动轴件可以包括三个轴、两个轴或单个轴，在两个轴及以上时，轴与轴之间相互垂直。优选的，转动轴件为三个轴，从而增稳支架可以在各个方向上做应变运动，以调整到稳定姿态。
在图1-6中，转动轴件包括X轴臂12、Z轴臂13、Y轴臂14和连接部15，连接部连接到不载人移动装置上，连接部15与Y轴臂14之间的相对转动实现增稳支架11绕YAW轴任意360度的旋转，Y轴臂14和Z轴臂13之间的相对转动实现增稳支架11绕ROLL轴在一定范围内转动，Z轴臂13和X轴臂12之间的相对转动实现增稳支架11绕PITCH1轴在一定范围内转动，在增稳云台内部设置有驱动各方位转动的电机，电机驱动转动方式为常规内容，在此不再赘述。可以理解，增稳云台也可以只有一轴或两轴，从而增稳支架11的转动方位相应减少，根据不载人移动装置的动作情况而仅需要在这些方位上做稳定调整。
在一个实施例中，增稳支架作为增稳云台的最外侧部件，环设在转动轴件周围，转动轴件的任意转动都发生在增稳支架内侧，不会干扰到增稳支架上的避障模块和云台相机的拍摄，增大了避障模块的可安装空间与可侦测范围。
在一个实施例中，继续参看图1-6，增稳支架11包括带有缺口的框结构，该缺口用来容纳云台相机3。云台相机3可通过相机转轴(图中未标记)可转动连接在增稳支架11的缺口上。换言之，增稳支架11上同时安装云台相机3和避撞模块，使得增稳云台成为共用结构，从而可以节省安装空间以及成本，而将云台相机3可转动安装在增稳支架11框结构的缺口上，则相当于为增稳云台多增加了一个转轴，云台相机3在缺口中转动，则各个角度拍摄过程中，便不会受到增稳支架11的遮挡，使得拍摄角度更少受限制。
图1-6中，增稳云台具有四个转动轴，分别为YAW轴、ROLL轴、PITCH1轴和PITCH2轴，增稳支架11可绕YAW轴、ROLL轴、PITCH1轴三轴转动，云台相机3可转动连接相机转轴PITCH2轴，因而云台相机2可绕此四轴转动，自由度更高。
优选的，相机转轴与转动轴件的其中一转轴相互平行。参看图3，相机转轴PITCH2轴与转动轴件的PITCH1轴相互平行，以在转动轴件的绕PITCH1轴转动方向出现偏差时，可以通过云台相机的倾斜角度来检测到，还可以通过云台相机绕相机转轴PITCH2轴转动一定角度来克服该倾斜，保证云台相机的拍摄视野正常。
可以理解，增稳支架11的形状也不限于此，例如可以是圆形，增稳支架11上也可以没有缺口，将云台相机3安装在增稳支架11上，只要云台相机3能够进行拍摄，或者在需要更大视野的拍摄时能够在一定角度范围内转动拍摄即可。
在一个实施例中，转动轴件的其中一转轴(X轴臂12)与增稳支架11的框平面共面设置，增稳支架11绕该共面的转轴转动，优选的，转轴X轴臂12两端分别连接在增稳支架11的两个相对的非缺口的框边上，最好位于框边的中间位置，如此可以减少增稳支架11的转动空间，也使转动幅度小，更稳定。
在一个实施例中，云台相机3和避障模块的姿态由独立控制。在共用一个增稳云台结构情况下，云台相机3和避障模块之间仍然可以采用常规的控制方式进行独立的控制，实现起来更为方便。
在一个实施例中，参看图1、2、5和图6，避障模块包括周向避障镜头21，布置在增稳支架11外周沿上且朝向增稳支架11的外侧，周向避障镜头在周向的每个方向上均设置，以实现全向避障。优选的，周向避障镜头21包括四对双目镜头，在增稳支架11的四周每个方向上均布一对双目镜头，当然还可以布置更多的镜头，增稳支架11呈四边框型，在每个框边上均设置镜头，从而在前后左右方向上均可以检测到障碍物，实现全向避障。现有的避障模块仅可侦测一个方向，通常只能探测前方环境中的障碍物，若需要探测周围环境，则需要控制转动探测部位才能探测到，在控制上更为麻烦，容易产生不稳定干扰，而且无法实现同时在全向上探测环境。本实施例在四周都设置了双目镜头，无需控制其转动探测部位，保持静态即可时时刻刻都能探测到周围环境，实现同时全向障碍探测；而设置的双目镜头，类似人眼，可使得探测到的图像具有深度，实现立体成像，对障碍物的分辨更清楚，通过双目镜头之间的视差可以确定障碍物的距离，做到更精确的避障，克服了现有避障模块存在的问题。
在一个实施例中，参看图4，避障模块还包括底部避障镜头22，数量例如可以为一对双目镜头，但不作为限制，也可以更多。底部避障镜头22布置安装在增稳支架11的底部且朝向下方，以实现下方避障，例如可以在无人机上升或下降过程中检测到前方的障碍物，安全避障，通常来说，由于无人机的正常飞行环境中，上方一般不存在障碍物，因而在顶部可以无需设置避障镜头。
避障模块通过增稳云台增稳，保持姿态相对地面的角度不变，由于障碍物一般都是相对地面固定不动的，因而只要保证避障模块的姿态角度相对地面不变，就可以清楚地采集到障碍物信息。例如，在无人机飞行过程中，无人机姿态可以任意变化，也可以发生大机动，增稳支架11的框平面相对地面始终保持水平，可以稳定且高分辨率地采集到无人机飞行方向上的细小障碍物，当然还可检测到大的障碍物。
本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定权利要求，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改，因此本发明的保护范围应当以本发明权利要求所界定的范围为准。

Claims (13)

1.一种避障装置，用于侦测不载人移动装置的周围环境，其特征在于，所述避障装置包括：
增稳云台，可连接于所述不载人移动装置，所述增稳云台具有增稳器以保持至少一云台相机稳定承载；
避障模块，固定安装于所述增稳云台，以减少所述不载人移动装置动作时对所述避障模块探测周围环境的干扰。
2.如权利要求1所述的避障装置，其特征在于，所述增稳云台包括转动轴件和增稳支架，所述避障模块安装在所述增稳支架上，所述增稳支架通过所述转动轴件活动连接所述不载人移动装置，以在所述不载人移动装置动作时，所述避障模块能够相对所述不载人移动装置活动而保持姿态。
3.如权利要求1所述的避障装置，其特征在于，所述增稳支架通过所述转动轴件实现在三个相互垂直平面内旋转或在两个相互垂直平面内旋转或在单个平面内旋转。
4.如权利要求2所述的避障装置，其特征在于：所述增稳支架作为所述增稳云台的最外侧部件，环设在所述转动轴件周围。
5.如权利要求2所述的避障装置，其特征在于，所述增稳支架包括呈带有缺口的框结构，所述缺口用于容纳所述云台相机。
6.如权利要求5所述的避障装置，其特征在于，所述云台相机通过相机转轴可转动连接在所述框结构的缺口上。
7.如权利要求6所述的避障装置，其特征在于，所述转动轴件的其中一转轴与所述框结构的框平面共面设置，所述框结构绕该共面的转轴转动。
8.如权利要求6或7所述的避障装置，其特征在于，所述相机转轴与所述转动轴件的其中一转轴相互平行。
9.如权利要求1-7中任意一项所述的避障装置，其特征在于，所述云台相机和所述避障模块的姿态独立控制。
10.如权利要求2-7中任意一项所述的避障装置，其特征在于，所述避障模块包括布置在所述增稳支架外周沿上且朝向外侧的周向避障镜头，所述周向避障镜头在周向的每个方向上均设置，以实现全向避障。
11.如权利要求10所述的避障装置，其特征在于，所述避障镜头包括四对双目镜头，在所述增稳支架的四周每个方向上均布一对双目镜头。
12.如权利要求10所述的避障装置，其特征在于，所述避障模块还包括底部避障镜头，布置在所述增稳支架的底部且朝向下方，以实现下方避障。
13.如权利要求1所述的避障装置，其特征在于，所述不载人移动装置为无人机。
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