CN107000833B - 无人机 - Google Patents

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Abstract

一种无人机。所述无人机(1)，包括避障装置(2)，所述避障装置(2)设有图像传感器(21)，所述图像传感器(21)的轴向(20)可相较于所述无人机(1)的横滚轴(10)呈倾斜设置，以使得当所述无人机(1)的俯仰角大于或等于所述避障装置(2)的视野的一半时，所述横滚轴(10)位于所述避障装置(2)的视野之内。本发明的无人机，通过将图像传感器的轴向相较于无人机的横滚轴呈倾斜设置，扩大了无人机处于飞行姿态时避障装置的视野范围，以使得当无人机处于飞行姿态时，无人机的避障装置能够探测到位于所述无人机正前方的障碍物，进而使无人机能够以较大的姿态角进行飞行，从而提高无人机的安全性。

Description

无人机
技术领域
本发明涉及无人机技术领域，特别涉及一种具有避障装置的无人机。
背景技术
现如今很多无人机都配备了视觉避障装置。参见图1至图3所示，现有的无人机，通常包括机身90、设置在机身90上的螺旋桨91以及避障装置。其中，如图3所示，避障装置安装于支架92上，支架92固定于无人机的机身90的前端，避障装置包括两个图像传感器93，两个图像传感器93分别设置在两个镜头94内，两个图像传感器93采用横向布置，隔开一定距离安装于支架92上，并且，图像传感器93垂直于无人机的机身90安装。
结合图1至图3所示，由于现有无人机的避障装置的图像传感器93的宽高比一般是4:3，这使得现有的无人机在水平方向的探测角度(如图1中所示为60°)要大于垂直方向的探测角度(如图2中所示为45°)。参见图4所示，当无人机飞行时，例如水平向前飞行时，后部两个螺旋桨91加快转速，前部两个螺旋桨91降低转速，机头向下倾斜，使得螺旋桨91在水平方向产生向前的推力，推动无人机向前飞行。在极限范围内(考虑空气阻力)，机身90倾斜角度越大，向前飞行的速度越快。
结合图4所示，由于无人机的避障装置在垂直方向的理论探测范围是45°，并且图像传感器93垂直于机身90安装，导致垂直方向上的探测角度在机身上方和下方都只有22.5°。举例来说，假如无人机以22.5°或者更大的姿态角向前水平飞行时，由于障碍物95超出了视觉避障装置的图像传感器93的探测视野，会导致无人机的障碍检测失效，而无法避障。
因此，目前的无人机在高速、大姿态飞行时，视觉避障装置无法正常工作，是无人机行业一直以来的问题。
发明内容
本发明提供一种具有避障装置的无人机。
根据本发明实施例的第一方面，提供一种无人机，包括避障装置，所述避障装置设有图像传感器，所述图像传感器的轴向可相较于所述无人机的横滚轴呈倾斜设置，以使得当所述无人机的俯仰角大于或等于所述避障装置视野的一半时，所述横滚轴位于所述避障装置的视野之内。
根据本发明实施例的第二方面，提供一种无人机，包括避障装置，所述避障装置设有图像传感器，所述图像传感器的轴向相较于所述无人机的横滚轴呈平行设置，所述图像传感器的宽度尺寸小于高度尺寸，以使得当所述无人机的俯仰角大于或等于所述避障装置视野的一半时，所述横滚轴位于所述避障装置的视野之内。
本发明的无人机，通过将图像传感器的轴向相较于无人机的横滚轴呈倾斜设置，扩大了无人机处于飞行姿态时避障装置的视野范围，以使得当所述无人机处于飞行姿态时，无人机的避障装置能够探测到位于所述无人机正前方的障碍物，进而使无人机能够以较大的姿态角进行飞行，从而提高无人机的安全性。
本发明的无人机，通过将图像传感器的轴向相较于无人机的横滚轴呈平行设置，将图像传感器设置为宽度尺寸小于高度尺寸，扩大了无人机处于飞行姿态时避障装置的视野范围，以使得当所述无人机处于飞行姿态时，无人机的避障装置能够探测到位于所述无人机正前方的障碍物，进而使无人机能够以较大的姿态角进行飞行，从而提高无人机的安全性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是现有的无人机的俯视图。
图2是现有的无人机的正视图。
图3是现有的无人机的避障装置的主视图。
图4是现有的无人机的飞行状态示意图。
图5是本发明第一实施例示出的无人机的立体示意图。
图6是图5所示的无人机的正视图。
图7是图6所示的无人机的飞行状态示意图。
图8是本发明第二实施例示出的无人机的避障装置的主视图。
图9是本发明第三实施例示出的无人机的避障装置的主视图。
图10至图12是图9所示的无人机的飞行状态示意图。
图13是本发明第四实施例示出的无人机的飞行状态示意图。
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。
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的装置和方法的例子。
在本发明使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。
下面结合附图，对本发明的无人机进行详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施方式中的特征可以相互组合。
参见图5至图7所示，本发明实施例提供一种无人机1，包括避障装置2，所述避障装置2设有图像传感器21，结合图6所示，所述图像传感器21的轴向20可相较于所述无人机1的横滚轴10呈倾斜设置，以使得当所述无人机1的俯仰角大于或等于所述避障装置2视野的一半时，所述横滚轴10位于所述避障装置2的视野(FOV：Field Of View)之内。进而使无人机1处于飞行姿态时，无人机1的避障装置2能够探测到位于所述无人机1正前方的障碍物，使无人机1能够以较大的姿态角进行飞行，从而提高无人机1的安全性。
值得注意是，本发明中的横滚轴可以指平行于水平面，穿过所述无人机机身(机头及机尾)的轴线，或平行于水平面且朝向所述无人机飞行方向的轴线。
本发明实施例提供的无人机1，通过将图像传感器21的轴向20相较于无人机1的横滚轴10呈倾斜设置，可以在一定程度上抵消由于无人机1向前飞行时无人机1的机体的前倾，扩大了当无人机1处于飞行姿态时避障装置2的视野范围，以使得当无人机1处于飞行姿态时，无人机1的避障装置2能够探测到位于所述无人机1正前方的障碍物，进而使无人机1能够以较大的姿态角进行飞行，从而提高无人机1的安全性。
在本发明一实施方式中，结合图6所示，所述避障装置2的视野包括水平视野和竖直视野α，当所述无人机1的俯仰角大于或等于所述竖直视野α的一半时，所述横滚轴10位于所述避障装置2的视野之内。
结合图5和图8所示，在本发明一实施方式中，所述无人机1还包括机身支架11，所述避障装置2设置于所述机身支架11上，所述机身支架11设置于所述无人机1的前端，这样可以保证无人机1在飞行时，避障装置2能够达到最佳的视野，从而提高无人机1的安全性。可选地，所述避障装置2还设有镜头22，所述图像传感器21设置于所述镜头22内。
在本发明一实施方式中，所述避障装置2的数量为两个，所述两个避障装置2分别设置于所述无人机1的两侧，可以进一步扩大避障装置的视野范围，提高避障检测效率，提高无人机的安全性。
结合图5所示，在本发明一实施方式中，所述无人机1还包括机身12和设置于所述机身12上的机臂13、螺旋桨14以及拍摄器15。可选地，所述无人机1为多旋翼飞行器。例如四旋翼飞行器、六旋翼飞行器或八旋翼飞行器。
在本发明一实施方式中，所述图像传感器21是位于无人机1的正前方位置，这样可以保证无人机1在飞行时，避障装置2能够达到最佳的视野，从而提高无人机1的安全性。需要说明的是，所述图像传感器21也可以设置在相对无人机1的正前方位置稍微向两边偏转一点的位置，同样可以达到一定程度上抵消由于无人机1向前飞行时无人机1的机体的前倾，扩大了当无人机1处于飞行姿态时避障装置2的视野范围，以使得当无人机1处于飞行姿态时，无人机1的避障装置2能够探测到位于所述无人机1正前方的障碍物，进而使无人机1能够以较大的姿态角进行飞行，从而提高无人机1的安全性。
结合图6所示，在本发明一实施方式中，图像传感器21的轴向20以预先设定的夹角相较于所述无人机1的横滚轴10呈倾斜设置。可选地，所述图像传感器21的轴向20与所述无人机1的横滚轴10之间的夹角β是锐角。可选地，所述夹角β的范围是1°～20°。
结合图7所示，下面以图像传感器21的轴向20与所述无人机1的横滚轴10之间的夹角是10°为例，对无人机1的避障装置2的工作原理进行说明。假设图像传感器21是位于无人机1的正前方位置，并且图像传感器21的轴向20相较于所述无人机1的横滚轴10向上倾斜10°安装在无人机1上。假设无人机在水平方向的原有探测角度是60°，无人机在垂直方向的原有探测角度是45°。
那么，当无人机1飞行时如图7所示时呈前倾状态，避障装置2的图像传感器21的垂直方向的探测角度就从原先的22.5°扩大到了32.5°，理论上无人机1在以小于32.5°的姿态角水平向前飞行时，避障装置2都可以有效探测到飞行方向上位于前方的障碍物9。也就是说，图像传感器21的轴向20相较于所述无人机1的横滚轴10向上倾斜10°安装在无人机1上，无人机1的飞行姿态角可以比原有的22.5°扩大10°。对于无人机来说，不同的姿态角状态下无人机的飞行速度是不同的，姿态角越大，无人机所能达到的飞行速度就越快，因此22.5°和32.5°的姿态角在速度上会有很大差别。
因此，本发明的无人机1，通过将图像传感器21的轴向20相较于无人机1的横滚轴10呈倾斜设置，可以在一定程度上抵消由于无人机1向前飞行时无人机1的机体的前倾，扩大了当无人机1处于飞行姿态时避障装置2的视野范围，以使得当无人机1处于飞行姿态时，无人机1的避障装置2能够探测到位于所述无人机1正前方的障碍物，进而使无人机1能够以较大的姿态角进行飞行，从而提高无人机1的安全性。另一方面，由于扩大了避障装置2的视野范围，使无人机1能够以更大的姿态角进行飞行，从而提高了无人机1的飞行速度。
参见图8所示，在本发明一实施方式中，所述图像传感器21的宽度尺寸a小于高度尺寸b。也就是说，在该实施方式中，所述图像传感器21的轴向20既相较于所述无人机1的横滚轴10呈倾斜设置，同时，所述图像传感器21的宽度尺寸小于高度尺寸，这样可以进一步扩大避障装置2的视野范围。
再次结合图7所示，下面以所述图像传感器21的宽度尺寸小于高度尺寸为例，对无人机1的避障装置2的工作原理进行说明。假设图像传感器21是位于无人机1的正前方位置，图像传感器21的轴向20相较于所述无人机1的横滚轴10向上倾斜10°安装在无人机1上，并且所述图像传感器21的宽度尺寸小于高度尺寸。假设无人机在水平方向的原有探测角度是60°，无人机在垂直方向的原有探测角度是45°。
那么，当无人机1飞行时如图7所示时呈前倾状态，首先，所述图像传感器21的宽度尺寸小于高度尺寸，相比于图像传感器21原先的宽度尺寸大于高度尺寸的安装方式，图像传感器21的垂直方向的探测角度就从原先的45°扩大到60°，理论上无人机1在以小于30°的姿态角水平向前飞行时，避障装置2都可以有效探测到飞行方向上位于前方的障碍物9。然后，图像传感器21的轴向20相较于所述无人机1的横滚轴10向上倾斜10°安装在无人机1上，图像传感器21的垂直方向的探测角度又可以进一步扩大10°，那么，避障装置2的图像传感器21的视野就扩大到了40°，理论上无人机1在以小于40°的姿态角水平向前飞行时，避障装置2都可以有效探测到飞行方向上位于前方的障碍物9。
因此，本发明的无人机1，通过将图像传感器21的轴向20相较于无人机1的横滚轴10呈倾斜设置，并且所述图像传感器21的宽度尺寸小于高度尺寸，可以进一步扩大当无人机1处于飞行姿态时避障装置2的视野范围，使无人机1能够以更大的姿态角进行飞行，从而进一步提高了无人机1的飞行速度。
参见图9所示，在本发明一实施方式中，所述无人机1还包括调节装置3，所述调节装置3连接于所述避障装置2与所述无人机1之间。所述调节装置3能够调节所述避障装置2的姿态角，也就是调节图像传感器21的轴向20与所述无人机1的横滚轴10之间的夹角，以使得当无人机1处于飞行姿态时，无人机1的避障装置2能够探测到位于所述无人机1正前方的障碍物。可选地，所述调节装置3为驱动马达。
可选地，所述调节装置3调节所述避障装置2绕与所述图像传感器21的轴向20垂直的转动轴(如所述避障装置2的俯仰轴)进行转动，其中，所述转动轴与所述无人机的俯仰轴平行。可选地，所述转动轴与所述无人机横滚轴10及俯仰轴位于同一平面。也就是说，调节装置3调节避障装置2绕与所述图像传感器21的轴向20垂直的转动轴进行转动，使避障装置2的图像传感器21的轴向20相较于所述无人机1的横滚轴10呈倾斜设置。这样，就可以在一定程度上抵消由于无人机1向前飞行时无人机1的机体的前倾，扩大了当无人机1处于飞行姿态时避障装置2的视野范围，以使得当无人机1处于飞行姿态时，无人机1的避障装置2能够探测到位于所述无人机1正前方的障碍物，进而使无人机1能够以较大的姿态角进行飞行，从而提高无人机1的安全性。
可选地，所述图像传感器21的宽度尺寸大于高度尺寸。所述调节装置3调节所述避障装置2绕所述图像传感器21的轴向20转动90°，使转动后所述图像传感器21的宽度尺寸小于高度尺寸，以使得当无人机1处于飞行姿态时，无人机1的避障装置2能够探测到位于所述无人机1正前方的障碍物。这样，同样可以在一定程度上抵消由于无人机1向前飞行时无人机1的机体的前倾，扩大了当无人机1处于飞行姿态时避障装置2的视野范围，以使得当无人机1处于飞行姿态时，无人机1的避障装置2能够探测到位于所述无人机1正前方的障碍物，进而使无人机1能够以较大的姿态角进行飞行，从而提高无人机1的安全性。
可选地，所述图像传感器21的宽度尺寸大于高度尺寸。所述调节装置3既调节所述避障装置2绕与所述图像传感器21的轴向20垂直的转动轴进行转动，所述转动轴与所述无人机的俯仰轴平行，所述调节装置3又调节所述避障装置2绕所述图像传感器21的轴向20转动90°，使转动后所述图像传感器21的宽度尺寸小于高度尺寸，进而使当所述无人机1的姿态为飞行姿态角时，所述无人机1的横滚轴10位于所述避障装置2的视野之内。可选地，所述转动轴与所述无人机横滚轴10及俯仰轴位于同一平面。这样，可以进一步扩大当无人机1处于飞行姿态时避障装置2的视野范围，使无人机1能够以更大的姿态角进行飞行，从而进一步提高了无人机1的飞行速度。
在本发明一实施方式中，所述无人机1还包括检测装置，所述检测装置用于检测当所述无人机1的俯仰角大于或等于所述避障装置2的竖直视野的一半时，位于所述无人机1正前方的障碍物9是否位于所述避障装置2的视野内，以供所述调节装置3对所述避障装置2的姿态角进行调节，进而使无人机1处于飞行姿态时，无人机1的避障装置2能够探测到位于所述无人机1正前方的障碍物9。参见图10至图12所示，无人机1处于飞行姿态时，无论无人机1以何种姿态角进行飞行，调节装置3都可以通过所述检测装置的检测结果，对所述避障装置2的位置进行调节，使图像传感器21始终指向无人机1的前进方向，使避障装置2工作在最佳角度，进而探测出位于无人机1前方的障碍物9。也就是说，不论避障装置2是如何安装在无人机1上的，调节装置3都可以将避障装置2调节至最佳视野的位置。
在本发明一实施方式中，所述无人机，包括避障装置，所述避障装置设有图像传感器，所述图像传感器的轴向相较于所述无人机的横滚轴呈平行设置，所述图像传感器的宽度尺寸小于高度尺寸，以使得当所述无人机的俯仰角大于或等于所述避障装置视野的一半时，所述横滚轴位于所述避障装置的视野(FOV：Field Of View)之内。进而使无人机处于飞行姿态时，无人机的避障装置能够探测到位于所述无人机正前方的障碍物，进而使无人机能够以较大的姿态角进行飞行，从而提高无人机的安全性。
值得注意是，本发明中的横滚轴可以指平行于水平面，穿过所述无人机机身(机头及机尾)的轴线，或平行于水平面且朝向所述无人机飞行方向的轴线。
在本发明一实施方式中，所述避障装置的视野包括水平视野和竖直视野，当所述无人机的俯仰角大于或等于所述竖直视野的一半时，所述横滚轴10位于所述避障装置的视野之内。
在该实施方式中，通过将图像传感器的轴向相较于无人机的横滚轴呈平行设置，将图像传感器设置为宽度尺寸小于高度尺寸，扩大了无人机处于飞行姿态时避障装置的视野范围，以使得当无人机处于飞行姿态时，无人机的避障装置能够探测到位于所述无人机正前方的障碍物，进而使无人机能够以较大的姿态角进行飞行，从而提高无人机的安全性。
参见图13所示，下面以所述图像传感器的轴向相较于所述无人机的横滚轴呈平行设置，所述图像传感器21的宽度尺寸小于高度尺寸为例，对无人机1的避障装置2的工作原理进行说明。假设图像传感器21是位于无人机1的正前方位置，所述图像传感器21的轴向20相较于所述无人机1的横滚轴10呈平行设置，并且所述图像传感器21的宽度尺寸小于高度尺寸。假设无人机在水平方向的原有探测角度是60°，无人机在垂直方向的原有探测角度是45°。
那么，当无人机1飞行时如图13所示时呈前倾状态，由于所述图像传感器21的宽度尺寸小于高度尺寸，相比于图像传感器21原先的宽度尺寸大于高度尺寸的安装方式，图像传感器21的垂直方向的探测角度就从原先的45°扩大到了60°，理论上无人机1在以小于30°的姿态角水平向前飞行时，避障装置2都可以有效探测到飞行方向上位于前方的障碍物9，比原有的22.5°扩大了7.5°。
因此，在该实施方式中，通过将所述图像传感器21设置为宽度尺寸小于高度尺寸，可以扩大无人机处于飞行姿态时避障装置的视野范围，以使得当无人机处于飞行姿态时，无人机的避障装置能够探测到位于所述无人机正前方的障碍物，进而使无人机能够以更大的姿态角进行飞行，从而提高了无人机的飞行速度。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上对本发明实施例所提供的方法和装置进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
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Claims (18)

1.一种无人机，包括避障装置，所述避障装置设有图像传感器，其特征在于，所述图像传感器的轴向可相较于所述无人机的横滚轴呈倾斜设置，以使得当所述无人机的俯仰角大于或等于所述避障装置视野的一半时，所述横滚轴位于所述避障装置的视野之内。
2.如权利要求1所述的无人机，其特征在于，所述避障装置的视野包括水平视野和竖直视野，当所述无人机的俯仰角大于或等于所述竖直视野的一半时，所述横滚轴位于所述避障装置的视野之内。
3.根据权利要求1所述的无人机，其特征在于，所述图像传感器的宽度尺寸小于高度尺寸。
4.根据权利要求1所述的无人机，其特征在于，所述图像传感器的轴向与所述无人机的横滚轴之间的夹角是锐角。
5.根据权利要求4所述的无人机，其特征在于，所述夹角的范围是1°～20°。
6.根据权利要求1所述的无人机，其特征在于，所述无人机还包括调节装置，所述调节装置连接于所述避障装置与所述无人机之间；所述调节装置能够调节所述避障装置的姿态角。
7.根据权利要求6所述的无人机，其特征在于，所述调节装置调节所述避障装置绕与所述图像传感器的轴向垂直的转动轴进行转动；其中，所述转动轴与所述无人机的俯仰轴平行。
8.根据权利要求6所述的无人机，其特征在于，所述图像传感器的宽度尺寸大于高度尺寸；所述调节装置调节所述避障装置绕所述图像传感器的轴向转动90°，使转动后所述图像传感器的宽度尺寸小于高度尺寸。
9.根据权利要求6所述的无人机，其特征在于，所述无人机还包括检测装置，所述检测装置用于检测当所述无人机的俯仰角大于或等于所述避障装置的竖直视野的一半时，位于所述无人机正前方的障碍物是否位于所述避障装置的视野内，以供所述调节装置对所述避障装置的姿态角进行调节。
10.根据权利要求6所述的无人机，其特征在于，所述调节装置为驱动马达。
11.根据权利要求1所述的无人机，其特征在于，所述无人机还包括机身支架，所述避障装置设置于所述机身支架上。
12.根据权利要求11所述的无人机，其特征在于，所述机身支架设置于所述无人机的前端。
13.根据权利要求1所述的无人机，其特征在于，所述避障装置的数量为两个，所述两个避障装置分别设置于所述无人机的两侧。
14.根据权利要求1所述的无人机，其特征在于，所述避障装置还设有镜头，所述图像传感器设置于所述镜头内。
15.根据权利要求1所述的无人机，其特征在于，所述无人机还包括机身和设置于所述机身上的机臂、螺旋桨以及拍摄器。
16.根据权利要求1所述的无人机，其特征在于，所述无人机为多旋翼飞行器。
17.一种无人机，包括避障装置，所述避障装置设有图像传感器，所述图像传感器的轴向相较于所述无人机的横滚轴呈平行设置，其特征在于，所述图像传感器的宽度尺寸小于高度尺寸，以使得当所述无人机的俯仰角大于或等于所述图像传感器的宽度尺寸大于高度尺寸时所述避障装置视野的一半时，所述横滚轴位于所述避障装置的视野之内。
18.如权利要求17所述的无人机，其特征在于，所述避障装置的视野包括水平视野和竖直视野，当所述无人机的俯仰角大于或等于所述图像传感器的宽度尺寸大于高度尺寸时所述竖直视野的一半时，所述横滚轴位于所述避障装置的视野之内。
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