CN107640327A - 无人机及包含所述无人机的装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种无人机及包含所述无人机的装置，其中无人机包括无人机主体；电动机和螺旋桨系统，固定在所述无人机主体上；以及摄像机，固定在所述无人机主体上；所述摄像机包括沿所述无人机主体的中心轴设置的顶部镜头和底部镜头；所述顶部镜头的视角和所述底部镜头的视角之和形成大于或等于360度的总视角；所述顶部镜头的位置为使得所述顶部镜头的视野不被所述无人机主体、所述电动机和螺旋桨系统所阻挡的位置；所述底部镜头的位置为使得所述底部镜头的视野不被所述无人机主体、所述电动机和螺旋桨系统所阻挡的位置。上述无人机能够降低无人机重量且简化图像处理过程。

Description

无人机及包含所述无人机的装置

技术领域

本发明涉及飞行器技术领域，特别是涉及一种无人机及包含所述无人机的装置

背景技术

为更好的实现无人机(也称无人驾驶飞行器)的自动导航、避障飞行功能，需要摄像机对无人机周围的环境进行全景录像，以便将环境中的任何部分随时或者稍后使用软件显示具体细节。传统的无人机在实现全景录像时，摄像机需要使用大于两个的镜头(或者摄像机传感器)，从而增加了无人机的重量且增加了图像处理难度。

发明内容

基于此，有必要提供一种能够降低无人机重量且简化图像处理过程的无人机及包含所述无人机的装置。

一种无人机，包括：

无人机主体；

电动机和螺旋桨系统，固定在所述无人机主体上；以及

摄像机，固定在所述无人机主体上；所述摄像机包括沿所述无人机主体的中心轴设置的顶部镜头和底部镜头；所述顶部镜头的视角和所述底部镜头的视角之和形成大于或等于360度的总视角；

所述顶部镜头的位置为使得所述顶部镜头的视野不被所述无人机主体、所述电动机和螺旋桨系统所阻挡的位置；

所述底部镜头的位置为使得所述底部镜头的视野不被所述无人机主体、所述电动机和螺旋桨系统所阻挡的位置。

上述无人机中的摄像机包括沿无人机主体的中心轴设置的顶部镜头和底部镜头，顶部镜头和底部镜头的视角之和形成大于或等于360度的总视角，且顶部镜头和底部镜头的视野均不会被无人机主体以及电动机和螺旋桨系统阻挡，从而使得通过顶部镜头和底部镜头即可获得无人机周围的全景影像。上述无人机通过设置顶部和底部两个镜头即可获取无人机周围的全景影像，有利于降低无人机重量，且简化了图像处理过程。

在其中一个实施例中，所述顶部镜头具有大于或等于180度的视角，以覆盖所述无人机主体的上部球面空间；所述底部镜头具有大于或等于180度的视角，以覆盖所述无人机主体的下部球面空间。

在其中一个实施例中，所述顶部镜头位于所述电动机和螺旋桨系统的上方；所述底部镜头位于所述电动机和螺旋桨系统的下方。

在其中一个实施例中，所述顶部镜头具有小于180度的视角，且所述底部镜头具有大于180度的视角。

在其中一个实施例中，所述顶部镜头位于所述电动机和螺旋桨系统的顶部所在平面的下方，且所述底部镜头位于所述电动机和螺旋桨系统的下方。

在其中一个实施例中，所述顶部镜头具有大于180度的视角，且所述底部镜头具有小于180度的视角。

在其中一个实施例中，所述顶部镜头位于所述电动机和螺旋桨系统的上方，且所述底部镜头位于所述电动机和螺旋桨系统的底部所在平面的上方。

在其中一个实施例中，所述顶部镜头和所述底部镜头均具有向所述无人机主体外侧凸起的圆顶形状。

在其中一个实施例中，所述无人机主体包括第一端和第二端；所述第一端与所述第二端相对设置，且所述第一端和所述第二端为非对称结构。

在其中一个实施例中，所述无人机主体上形成有连接臂；所述电动机和螺旋桨系统固定在所述连接臂的末端；

所述无人机还包括驱动机构和起落架；所述驱动机构固定在所述无人机主体上，用于驱动所述起落架从所述连接臂中释放或者缩回至所述连接臂中。

一种包含无人机的装置，所述无人机为如前述任意一实施例所述的无人机。

附图说明

图1为一实施例中的无人机的两个镜头的视角示意图；

图2为另一实施例中的无人机的两个镜头的视角示意图；

图3为一实施例中的无人机及其内部组件的位置示意图；

图4a为一实施例中无人机起飞时起落架的示意图；

图4b为一实施例中无人机降落时起落架的示意图；

图5为一实施例中的无人机的俯视图。

具体实施方式

下面呈现的描述可以使本领域普通技术人员就能够制造和使用本发明。具体设备，技术和应用的描述仅作为示例提供。对本文描述的示例的各种修改对于本领域普通技术人员将是显而易见的，并且在不脱离本发明的精神和范围的情况下，本文定义的一般原理可以应用于其它示例和应用。因此，本发明的实施方案不旨在限于本文所给出的示例，而是符合与权利要求一致的范围。

现在将给出主题技术的各方面的详细参考，其示例在附图中表示出来，其中相同的附图标记始终表示相同的元件。

一实施例中的无人机(也称无人驾驶飞行器)，其包括无人机主体、电动机和螺旋桨系统以及固定在无人机主体上的摄像机。其中，无人机主体为无人机的承载体，无人机的大部分组件(或者设备)均固定在无人机主体上。可以理解，无人机主体上可以集成有实现无人机常见功能的组件。例如，无人机主体具有足够的强度和足够的内存空间来容纳无人机组件，包括电池、ESC(电子速度控制器)、飞行控制器、视频卡、GPS、声呐以及光学流量传感器等，还可以包括用于无人机的精确位置控制的无人机组件等。

电动机和螺旋桨系统包括电动机及螺旋桨。通过电动机对螺旋桨的驱动来实现无人机的起飞和降落。电动机和螺旋桨系统的数量可以三个或者更多个。在一实施例中，多个电动机和螺旋桨系统关于无人机本体对称分布，从而确保无人机的重心保持在几何中心附近，使得每个电动机上的负载几乎相同，以优化功率效率。

摄像机包括两个镜头。两个镜头包括沿无人机主体的中心轴设置的顶部镜头和底部镜头。无人机主体的中心轴为位于无人机主体的几何中心且垂直于无人机主体的轴线，故也可以称之为中心对称垂直轴。通过将顶部镜头和底部镜头沿中心轴设置，从而确保顶部镜头和底部镜头具有围绕无人机的对称视野。顶部镜头设置于无人机主体的上部，而底部镜头则设置于无人机主体的下部。在本实施例中，以无人机停放时朝向地面的一侧为下，相对侧为上。顶部镜头和底部镜头各自的视角之和形成大于或等于360的总视角。顶部镜头的垂直位置(也即其在无人机主体上的位置)根据顶部镜头的视角、电动机和螺旋桨系统的尺寸和位置以及无人机主体的尺寸来确定，以确保电动机和螺旋桨系统以及无人机主体不会阻挡顶部镜头的视野，也即顶部镜头的位置为使得顶部镜头的视野不被无人机主体、电动机和螺旋桨系统所阻挡的位置。同样的，底部镜头的垂直位置根据底部镜头的视角、电动机和螺旋桨系统的位置和尺寸以及无人机主体的尺寸确定，以确保电动机和螺旋桨系统以及无人机主体不会阻挡底部镜头的视野，也即底部镜头的位置为使得底部镜头的视野不被无人机主体、电动机和螺旋桨系统所阻挡的位置。因此，顶部镜头和底部镜头的总视角可以覆盖除了无人机所在的专有区域外的整个360度球面空间，且顶部和底部镜头的视野内的无人机周围的任何物体都不会被无人机主体或者电动机和螺旋桨系统所阻挡，最终实现对无人机周围环境的全景影像的采集获取。

上述无人机的摄像机包括沿无人机主体的中心轴设置的顶部镜头和底部镜头，顶部镜头和底部镜头的视角之和形成大于或等于360度的总视角，且顶部镜头和底部镜头的视野均不会被无人机主体以及电动机和螺旋桨系统阻挡，从而使得通过顶部镜头和底部镜头即可获得无人机周围的全景影像。上述无人机通过设置顶部和底部两个镜头即可获取无人机周围的全景影像，可以最小化摄像机的镜头的数量，并最大化对无人机周围环境的覆盖，有利于降低无人机重量以及无人机的生产成本。同时通过降低镜头数量可以减少图像拼接流程，使得图像更容易被缝合，简化了图像处理过程。

图1为一实施例中的无人机的视角结构示意图。在本实施例中，顶部镜头110和底部镜头120均具有大于180度的视角。顶部镜头110的位置根据顶部镜头110的视角、电动机和螺旋桨系统130的尺寸和位置以及无人机本体140的尺寸来确定，以确保电动机和螺旋桨系统130不会阻挡顶部镜头110的视野。底部镜头120的位置根据底部镜头120的视角、电动机和螺旋桨系统130的尺寸和位置以及无人机本体140的尺寸来确定，以确保电动机和螺旋桨系统130不会阻挡底部镜头120的视野，从而可以覆盖除了无人机所在的专有区域10(也即区中的虚线包围的区域)之外的整个球面空间。在本实施例中，顶部镜头110的视角为200度，而底部镜头120的视角为220度。并且，顶部镜头110位于电动机和螺旋桨系统130的上方，底部镜头120则位于电动机和螺旋桨系统130的下方。根据确定后的顶部镜头110和底部镜头120的位置即可确定出顶部镜头110和底部镜头120之间的距离H，从而根据该距离H、顶部镜头110的视角以及底部镜头120的视角求取出两个镜头的重叠半径R：

R＝H/[tan(顶部镜头视角-180度)+tan(底部镜头视角-180度)]。

镜头视角越大，重叠半径R越小，这样可以获得无人机周围的最大视览空间。在一实施例中，顶部镜头110和底部镜头120之间的距离H为120mm，则重叠半径R：

R＝H/(tan10deg+tan20deg)＝222mm。

显然，这个重叠半径R足够小到允许摄像机包览无人机周围的大部分场景，不管是在一个野外的开放空间或者在一个小房间里面。因此，我们也可以很容易地缝合在重叠半径R以外的上球面和下球面的图像。在其他的实施例中，顶部镜头110的视角和底部镜头120的视角均可以等于180度。

图2为另一实施例中的无人机的视角结构示意图。在本实施例中，顶部镜头110具有小于180度的视角，而底部镜头120则具有大于180的视角，例如分别为170度和220度。当顶部镜头110具有小于180度的视角时，需要控制顶部镜头110的位置以确保电动机和螺旋桨系统130不会阻挡顶部镜头110的视野。在本实施例中，顶部镜头110位于电动机和螺旋桨系统130的上方，底部镜头120同样位于电动机和螺旋桨系统的下方。在这种情况下，重叠半径R：

R＝H/[tan(-5deg)+tan(20deg)]＝434mm＜1米。

对于四米尺寸的房间，无人机摄像机仍然可以覆盖无人机周围的大部分空间，除了无人机附近的一个小专有区域10。

在一实施例中，当顶部镜头110具有小于180度的视角，而底部镜头120则具有大于180的视角时，可以将顶部镜头110设置在电动机和螺旋桨系统130的顶部所在平面的下方，只要确保其视野不会被电动机和螺旋桨系统130遮挡即可。通过将顶部镜头110设置在电动机和螺旋桨系统130的顶部所在平面的下方，有利于减小无人机主体140的体积，实现无人机的小型化。

在一实施例中，顶部镜头110具有大于180度的视角，而底部镜头120则具有小于180度的视角。此时，可以将顶部镜头110设置在电动机和螺旋桨系统130的上方，并将底部镜头120设置在电动机和螺旋桨系统130的下方，从而使得电动机和螺旋桨系统130不会阻挡顶部镜头110和底部镜头120的视野。在另一实施例中，也可以将底部镜头120设置在电动机和螺旋桨系统130的底部所在平面的上方，只要确保电动机和螺旋桨系统130不会阻挡镜头的视野即可。

在一实施例中，无人机主体及其内部组件的位置如图3所示。图3中主要侧重于对各组件的位置进行限定，因此即便是附图中并没有清晰的展示各组件的结构也不影响对位置关系的解释说明。在本实施例中，无人机主体140上形成四个连接臂142。四个电动机和螺旋桨系统130分别固定在对应的连接臂142的末端。电池组件151本身很重，通常占无人机总重量的30％，因此将其设置在无人机的中心附近，以将重心保持在几何中心附近，使得每个电动机上的负载几乎相同，以优化功率效率。在本实施例中，连接臂142为空心臂，其允许电动机控制电缆(图中未示)从电动机连接到电子速度控制器152上。并且，天线153同样设置在连接臂142内。飞行器控制器154设置在无人机主体140的上部且靠近顶部镜头110设置。GPS模块155、声呐和光学流量传感器(或者光流传感器)156固定在无人机本体140上且与天线153位于相反侧。

在一实施例中，无人机还包括起落架160(图3未示)和驱动机构170。驱动机构170固定在无人机主体140上，并用于驱动起落架160从连接臂142中释放或者缩回连接臂142中。驱动机构170驱动起落架160缩回至连接臂142中时，可以为部分缩回，只要其不阻挡镜头的视野即可。

图4a为无人机起飞时起落架160的示意图。驱动机构170(图中未示)驱动起落架160缩回至连接臂142内，从而避免阻挡镜头的视野。在实际应用中，可伸缩的起落架160不需要完全缩回至连接臂142中。在一实施例中，可伸缩的起落架160也可以完全缩回至连接臂142中，从而使得飞行期间无人机具有更好和更简洁的外观。图4b为无人机降落时起落架160的示意图。驱动机构170(图中未示)驱动起落架160从连接臂内释放，也即起落架160处于延伸位置。

在一实施例中，无人机主体140上还设置有标注无人机方向的指示灯180和电池组件显示板190，如图4a所示。其中，指示灯180可以为LED。电池组件显示板190则用于对电池电量等信息进行显示。参见图4a，在本实施例中，在无人机主体140的底部还设置有给声呐和光学流量传感器使用的窗口157。

在一实施例中，无人机中的顶部镜头110和底部镜头120均为圆顶结构，如图4b所示。通过将顶部镜头110和底部镜头120设置为向无人机外侧凸起的圆顶形状，可以确保顶部镜头110和底部镜头120的视野不会被无人机主体140所阻挡。在一实施例中，顶部镜头110和底部镜头120具有对称的圆顶形状，从而确保顶部镜头110和底部镜头120具有围绕无人机的对称视野。

图5为一实施例中的无人机的俯视图。在本实施例中，顶部镜头110和底部镜头120具有圆顶形状。无人机主体140包括第一端144和第二端146。其中第一端144和第二端146相对设置。在本实施例中，第一端144和第二端146为沿无人机主体140的飞行方向依次设置，因此，第一端144也可以称之为前端，第二端146则可以称为后端。第一端144和第二端146具有非对称结构，也即无人机主体140具有不对称的前后设计，以标示无人机的飞行方向。通过这种设置，可以确保总视角大于或等于360的摄像机镜头在整个球面空间具有对称视野，而且还可以识别出“向前”的方向用来定义坐标系统。在一实施中，第一端144具有凸形机体，第二端146则具有凹形机体。电池组件可以设置在凹形机体位置处。

在本发明实施例中还提供一种装置，其包含前述任一实施例中的无人机。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (11)

1.一种无人机，其特征在于，包括：

无人机主体；

电动机和螺旋桨系统，固定在所述无人机主体上；以及

摄像机，固定在所述无人机主体上；所述摄像机包括沿所述无人机主体的中心轴设置的顶部镜头和底部镜头；所述顶部镜头的视角和所述底部镜头的视角之和形成大于或等于360度的总视角；

所述顶部镜头的位置为使得所述顶部镜头的视野不被所述无人机主体、所述电动机和螺旋桨系统所阻挡的位置；

所述底部镜头的位置为使得所述底部镜头的视野不被所述无人机主体、所述电动机和螺旋桨系统所阻挡的位置。

2.根据权利要求1所述的无人机，其特征在于，所述顶部镜头具有大于或等于180度的视角，以覆盖所述无人机主体的上部球面空间；所述底部镜头具有大于或等于180度的视角，以覆盖所述无人机主体的下部球面空间。

3.根据权利要求2所述的无人机，其特征在于，所述顶部镜头位于所述电动机和螺旋桨系统的上方；所述底部镜头位于所述电动机和螺旋桨系统的下方。

4.根据权利要求1所述的无人机，其特征在于，所述顶部镜头具有小于180度的视角，且所述底部镜头具有大于180度的视角。

5.根据权利要求4所述的无人机，其特征在于，所述顶部镜头位于所述电动机和螺旋桨系统的顶部所在平面的下方，且所述底部镜头位于所述电动机和螺旋桨系统的下方。

6.根据权利要求1所述的无人机，其特征在于，所述顶部镜头具有大于180度的视角，且所述底部镜头具有小于180度的视角。

7.根据权利要求6所述的无人机，其特征在于，所述顶部镜头位于所述电动机和螺旋桨系统的上方，且所述底部镜头位于所述电动机和螺旋桨系统的底部所在平面的上方。

8.根据权利要求1所述的无人机，其特征在于，所述顶部镜头和所述底部镜头均具有向所述无人机主体外侧凸起的圆顶形状。

9.根据权利要求1所述的无人机，其特征在于，所述无人机主体包括第一端和第二端；所述第一端与所述第二端相对设置，且所述第一端和所述第二端为非对称结构。

10.根据权利要求1所述的无人机，其特征在于，所述无人机主体上形成有连接臂；所述电动机和螺旋桨系统固定在所述连接臂的末端；

所述无人机还包括驱动机构和起落架；所述驱动机构固定在所述无人机主体上，用于驱动所述起落架从所述连接臂中释放或者缩回至所述连接臂中。

11.一种包含无人机的装置，其特征在于，所述无人机为如权利要求1～10任意一项所述的无人机。