CN109335008A - 一种无人机避障系统及避障方法 - Google Patents

一种无人机避障系统及避障方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于无人机技术领域，尤其为一种无人机避障系统及避障方法，包括无人机本体，所述无人机本体包括探测雷达模块、飞控模块、舵机、可动翼面模块和动力模块，所述探测雷达模块、飞控模块、舵机和可动翼面模块依次连接，所述动力模块与飞控模块连接，所述无人机本体的底部固定安装有梯形块，梯形块的底部开设有第一凹槽。本发明结构简单，操作方便，通过电机提供动力就能快速的对探测雷达进行旋转调节角度，从而避免出现探测盲区，有效地提高了无人机的避障能力，同时在非自动巡航时能够快速的收回或释放探测雷达，能够对探测雷达起到很好的保护作用，避免损坏，给人们带来了很大的便利。

Description

一种无人机避障系统及避障方法
技术领域
本发明涉及无人机技术领域，尤其涉及一种无人机避障系统及避障方法。
背景技术
无人驾驶飞机简称“无人机”，是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵的不载人飞机，机上无驾驶舱，但安装有自动驾驶仪、程序控制装置等设备，地面、舰艇上或母机遥控站人员通过雷达等设备，对其进行跟踪、定位、遥控、遥测和数据传输，随着科技的不断发展，无人机技术取得了很大的进展，当前的无人机基本都具有避障功能，经检索，申请公布号为CN106950978A的专利文件公开了一种一种固定翼无人机避障系统及其避障方法以及固定翼无人机，所述避障系统包括无人机飞行控制模块和毫米波雷达模块，其中：所述毫米波雷达模块，设置于所述固定翼无人机上，用于持续的发射接收毫米波波束或固定间隔时间的发射接收毫米波波束，探测所述固定翼无人机的前方航线环境，并将探测结果信号传输至所述无人机飞行控制模块，所述无人机飞行控制模块，用于根据所述探测结果信号控制所述固定翼无人机进行飞行和避障，通过采用毫米波雷达，可以提前对障碍物进行预警并具有充足时间对障碍物进行躲避，探测较大的前方空域，探测效率高，可以在复杂天气环境下以及黑夜条件下有效工作，同时整个系统的尺寸小、重量轻、成本较低。
但是，上述设计还存在不足之处，其探测雷达不能在无人机解除自动巡航后收回，容易损坏，另外其探测雷达不能够进行旋转，不能根据需要进行后向探测，导致存在探测盲区，为此，我们提出一种无人机避障系统及避障方法。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种无人机避障系统及避障方法。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：一种无人机避障系统，包括无人机本体，所述无人机本体包括探测雷达模块、飞控模块、舵机、可动翼面模块和动力模块，所述探测雷达模块、飞控模块、舵机和可动翼面模块依次连接，所述动力模块与飞控模块连接，所述无人机本体的底部固定安装有梯形块，梯形块的底部开设有第一凹槽，第一凹槽内转动安装有内螺纹套筒，内螺纹套筒的顶部焊接有第一锥型齿轮，第一锥型齿轮的顶部开设有第一通孔，第一通孔与内螺纹套筒连通，内螺纹套筒内螺纹安装有丝杆，丝杆的顶端延伸至第一通孔内，且丝杆的底部焊接有圆形块，第一凹槽的一侧内壁上开设有第二凹槽，第二凹槽远离第一凹槽的一侧内壁上固定安装有第一电机，第一电机的输出轴上焊接有第一转轴，第一转轴远离第一电机的一端延伸至第一凹槽内并焊接有第二锥型齿轮，第二锥型齿轮与第一锥型齿轮啮合，圆形块的底部开设有第三凹槽，第三凹槽内转动安装有第二转轴，第二转轴的底端延伸至第三凹槽外并焊接有转盘，转盘的底部焊接有支撑柱，支撑柱的底端延伸至内螺纹套筒外，支撑柱的一侧固定安装有探测雷达，探测雷达位于第一凹槽内，第二转轴的顶端焊接有涡轮，第三凹槽靠近探测雷达的一侧内壁上开设有第四凹槽，第四凹槽的底部内壁上固定安装有第二电机，第二电机的输出轴上焊接有第三转轴，第三转轴远离第二电机的一端延伸至第三凹槽内并焊接有蜗杆，蜗杆与涡轮啮合。
一种无人机避障方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：所述无人机本体处于自动巡航模式下，探测雷达模块间隔固定时间向航向附近空域发射探测信号波束，同时探测雷达模块接收返回信号波束；
S2：当所述探测雷达模块没有接收到航向附近空域的返回信号波束时，飞控模块判断航向无障碍，空域安全，并控制无人机本体继续保持自动巡航模式；
S3：当所述探测雷达模块接收到航向附近空域的返回信号波束时，飞控模块判断航向有障碍，并计算无人机本体到达障碍的时间和障碍物的大小，以此推算无人机本体能否安全爬升规避；
S4：当所述飞控模块判断无人机本体不能安全爬升规避时，飞控模块控制舵机对可动翼面模块进行调节，同时飞控模块对动力模块进行调节，使无人机本体进行盘旋并爬升；
S5：所述探测雷达模块对航向空域再次发射探测信号波束；
S6：当所述探测雷达模块接收到航向空域的返回信号波束时，飞控模块判断规避未成功并控制舵机和动力模块再次调整，使无人机本体再次进行盘旋并爬升；
S7：当所述探测雷达模块没有接收到航向空域的返回信号波束时，飞控模块判断到达规避高度，航向安全，并控制无人机本体飞跃障碍；
S8：当所述无人机本体飞跃障碍后，飞控模块控制无人机本体保持自动巡航模式。
优选的，所述丝杆的顶端开设有两个第五凹槽，第五凹槽内滑动安装有滑杆，滑杆的顶端延伸至对应的第五凹槽外并焊接在第一凹槽的顶部内壁上。
优选的，两个第五凹槽相互靠近的一侧内壁上开设有同一个通槽，通槽内滑动安装有限位杆，限位杆的两端均延伸至通槽外并分别焊接在对应的滑杆上。
优选的，所述第一凹槽内设有第一轴承，第一轴承的外圈与第一凹槽的侧壁固定连接，且第一轴承的内圈固定套设在内螺纹套筒上。
优选的，所述第二凹槽内固定安装有第一卡块，第一卡块上开设有第二通孔，第一转轴转动安装在第二通孔内。
优选的，所述第一凹槽的侧壁上固定安装有第二卡块，第二卡块上开设有第三通孔，第三通孔与圆形块相适配。
优选的，所述第四凹槽内固定安装有第三卡块，第三卡块上开设有第四通孔，第三转轴转动安装在第四通孔内。
优选的，所述第三凹槽内设有两个第二轴承，两个第二轴承的外圈均与第三凹槽的内壁固定连接，且两个第二轴承的内圈均固定套设在第二转轴上。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
通过第二电机、第三转轴、蜗杆、第三凹槽、涡轮、第二转轴、转盘、支撑柱和探测雷达相配合，开启第二电机，第二电机的输出轴带动第三转轴转动，第三转轴带动蜗杆在第三凹槽内转动，涡轮被蜗杆带动在第三凹槽内转动，涡轮带动第二转轴在第三凹槽内转动，转盘被第二转轴带动转动，转盘带动支撑柱转动，探测雷达被支撑柱带动进行旋转探测，通过第二电机、探测雷达、第一电机、第一转轴、第二锥型齿轮、第一凹槽、第一锥型齿轮、内螺纹套筒、滑杆、限位杆、丝杆和圆形块相配合，关停第二电机和探测雷达，探测雷达停止转动并恢复原位，开启第一电机，第一电机的输出轴带动第一转轴转动，第二锥型齿轮被第一转轴带动在第一凹槽内转动，第二锥型齿轮带动第一锥型齿轮在第一凹槽内转动，内螺纹套筒被第一锥型齿轮带动在第一凹槽内转动，因为滑杆和限位杆的限位作用，丝杆只能进行垂直运动，内螺纹套筒带动丝杆上升，圆形块被丝杆带动上升，使得探测雷达被带动上升并进入内螺纹套筒内，回收完毕。
本发明结构简单，操作方便，通过电机提供动力就能快速的对探测雷达进行旋转调节角度，从而避免出现探测盲区，有效地提高了无人机的避障能力，同时在非自动巡航时能够快速的收回或释放探测雷达，能够对探测雷达起到很好的保护作用，避免损坏，给人们带来了很大的便利。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为图1中A部分的放大结构示意图；
图3为图2中B部分的放大结构示意图；
图4为本发明的原理结构框图；
图5为本发明中的无人机本体避障流程控制图。
图中：1、无人机本体；2、梯形块；3、第一凹槽；4、内螺纹套筒；5、第一锥型齿轮；6、第一通孔；7、丝杆；8、圆形块；9、第二凹槽；10、第一电机；11、第一转轴；12、第二锥型齿轮；13、第三凹槽；14、第二转轴；15、转盘；16、支撑柱；17、探测雷达；18、涡轮；19、第四凹槽；20、第二电机；21、第三转轴；22、蜗杆。
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。
请参照图1-5，本发明提供一种技术方案：一种无人机避障系统及避障方法，包括无人机本体1，无人机本体1包括探测雷达模块、飞控模块、舵机、可动翼面模块和动力模块，探测雷达模块、飞控模块、舵机和可动翼面模块依次连接，动力模块与飞控模块连接，无人机本体1的底部固定安装有梯形块2，梯形块2的底部开设有第一凹槽3，第一凹槽3内转动安装有内螺纹套筒4，内螺纹套筒4的顶部焊接有第一锥型齿轮5，第一锥型齿轮5的顶部开设有第一通孔6，第一通孔6与内螺纹套筒4连通，内螺纹套筒4内螺纹安装有丝杆7，丝杆7的顶端延伸至第一通孔6内，且丝杆7的底部焊接有圆形块8，第一凹槽3的一侧内壁上开设有第二凹槽9，第二凹槽9远离第一凹槽3的一侧内壁上固定安装有第一电机10，第一电机10的输出轴上焊接有第一转轴11，第一转轴11远离第一电机10的一端延伸至第一凹槽3内并焊接有第二锥型齿轮12，第二锥型齿轮12与第一锥型齿轮5啮合，圆形块8的底部开设有第三凹槽13，第三凹槽13内转动安装有第二转轴14，第二转轴14的底端延伸至第三凹槽13外并焊接有转盘15，转盘15的底部焊接有支撑柱16，支撑柱16的底端延伸至内螺纹套筒4外，支撑柱16的一侧固定安装有探测雷达17，探测雷达17位于第一凹槽3内，第二转轴14的顶端焊接有涡轮18，第三凹槽13靠近探测雷达17的一侧内壁上开设有第四凹槽19，第四凹槽19的底部内壁上固定安装有第二电机20，第二电机20的输出轴上焊接有第三转轴21，第三转轴21远离第二电机20的一端延伸至第三凹槽13内并焊接有蜗杆22，蜗杆22与涡轮18啮合。
一种无人机避障方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：无人机本体1处于自动巡航模式下，探测雷达模块间隔固定时间向航向附近空域发射探测信号波束，同时探测雷达模块接收返回信号波束；
S2：当探测雷达模块没有接收到航向附近空域的返回信号波束时，飞控模块判断航向无障碍，空域安全，并控制无人机本体1继续保持自动巡航模式；
S3：当探测雷达模块接收到航向附近空域的返回信号波束时，飞控模块判断航向有障碍，并计算无人机本体1到达障碍的时间和障碍物的大小，以此推算无人机本体1能否安全爬升规避；
S4：当飞控模块判断无人机本体1不能安全爬升规避时，飞控模块控制舵机对可动翼面模块进行调节，同时飞控模块对动力模块进行调节，使无人机本体1进行盘旋并爬升；
S5：探测雷达模块对航向空域再次发射探测信号波束；
S6：当探测雷达模块接收到航向空域的返回信号波束时，飞控模块判断规避未成功并控制舵机和动力模块再次调整，使无人机本体1再次进行盘旋并爬升；
S7：当探测雷达模块没有接收到航向空域的返回信号波束时，飞控模块判断到达规避高度，航向安全，并控制无人机本体1飞跃障碍；
S8：当无人机本体1飞跃障碍后，飞控模块控制无人机本体1保持自动巡航模式。
丝杆7的顶端开设有两个第五凹槽，第五凹槽内滑动安装有滑杆，滑杆的顶端延伸至对应的第五凹槽外并焊接在第一凹槽3的顶部内壁上，两个第五凹槽相互靠近的一侧内壁上开设有同一个通槽，通槽内滑动安装有限位杆，限位杆的两端均延伸至通槽外并分别焊接在对应的滑杆上，第一凹槽3内设有第一轴承，第一轴承的外圈与第一凹槽3的侧壁固定连接，且第一轴承的内圈固定套设在内螺纹套筒4上，第二凹槽9内固定安装有第一卡块，第一卡块上开设有第二通孔，第一转轴11转动安装在第二通孔内，第一凹槽3的侧壁上固定安装有第二卡块，第二卡块上开设有第三通孔，第三通孔与圆形块8相适配，第四凹槽19内固定安装有第三卡块，第三卡块上开设有第四通孔，第三转轴21转动安装在第四通孔内，第三凹槽13内设有两个第二轴承，两个第二轴承的外圈均与第三凹槽13的内壁固定连接，且两个第二轴承的内圈均固定套设在第二转轴14上，通过第二电机20、第三转轴21、蜗杆22、第三凹槽13、涡轮18、第二转轴14、转盘15、支撑柱16和探测雷达17相配合，开启第二电机20，第二电机20的输出轴带动第三转轴21转动，第三转轴21带动蜗杆22在第三凹槽13内转动，涡轮18被蜗杆22带动在第三凹槽13内转动，涡轮18带动第二转轴14在第三凹槽13内转动，转盘15被第二转轴14带动转动，转盘15带动支撑柱16转动，探测雷达17被支撑柱16带动进行旋转探测，通过第二电机20、探测雷达17、第一电机10、第一转轴11、第二锥型齿轮12、第一凹槽3、第一锥型齿轮5、内螺纹套筒4、滑杆、限位杆、丝杆7和圆形块8相配合，关停第二电机20和探测雷达17，探测雷达17停止转动并恢复原位，开启第一电机10，第一电机10的输出轴带动第一转轴11转动，第二锥型齿轮12被第一转轴11带动在第一凹槽3内转动，第二锥型齿轮12带动第一锥型齿轮5在第一凹槽3内转动，内螺纹套筒4被第一锥型齿轮5带动在第一凹槽3内转动，因为滑杆和限位杆的限位作用，丝杆7只能进行垂直运动，内螺纹套筒4带动丝杆7上升，圆形块8被丝杆7带动上升，使得探测雷达17被带动上升并进入内螺纹套筒4内，回收完毕，本发明结构简单，操作方便，通过电机提供动力就能快速的对探测雷达17进行旋转调节角度，从而避免出现探测盲区，有效地提高了无人机的避障能力，同时在非自动巡航时能够快速的收回或释放探测雷达17，能够对探测雷达起到很好的保护作用，避免损坏，给人们带来了很大的便利。
工作原理：当需要转动探测雷达17时，先开启第二电机20，第二电机20的输出轴带动第三转轴21转动，同时第三转轴21带动蜗杆22在第三凹槽13内转动，使得涡轮18被蜗杆22带动在第三凹槽13内转动，同时涡轮18带动第二转轴14在第三凹槽13内转动，使得转盘15被第二转轴14带动转动，同时转盘15带动支撑柱16转动，使得探测雷达17被支撑柱16带动进行旋转探测，当需要收回探测雷达17时，先关停第二电机20和探测雷达17，探测雷达17停止转动并恢复原位，随后开启第一电机10，第一电机10的输出轴带动第一转轴11转动，使得第二锥型齿轮12被第一转轴11带动在第一凹槽3内转动，同时第二锥型齿轮12带动第一锥型齿轮5在第一凹槽3内转动，使得内螺纹套筒4被第一锥型齿轮5带动在第一凹槽3内转动，因为滑杆和限位杆的限位作用，丝杆7只能进行垂直运动，内螺纹套筒4带动丝杆7上升，同时圆形块8被丝杆7带动上升，使得探测雷达17被带动上升并进入内螺纹套筒4内，回收完毕。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种无人机避障系统，包括无人机本体(1)，所述无人机本体(1)包括探测雷达模块、飞控模块、舵机、可动翼面模块和动力模块，所述探测雷达模块、飞控模块、舵机和可动翼面模块依次连接，所述动力模块与飞控模块连接，其特征在于：所述无人机本体(1)的底部固定安装有梯形块(2)，梯形块(2)的底部开设有第一凹槽(3)，第一凹槽(3)内转动安装有内螺纹套筒(4)，内螺纹套筒(4)的顶部焊接有第一锥型齿轮(5)，第一锥型齿轮(5)的顶部开设有第一通孔(6)，第一通孔(6)与内螺纹套筒(4)连通，内螺纹套筒(4)内螺纹安装有丝杆(7)，丝杆(7)的顶端延伸至第一通孔(6)内，且丝杆(7)的底部焊接有圆形块(8)，第一凹槽(3)的一侧内壁上开设有第二凹槽(9)，第二凹槽(9)远离第一凹槽(3)的一侧内壁上固定安装有第一电机(10)，第一电机(10)的输出轴上焊接有第一转轴(11)，第一转轴(11)远离第一电机(10)的一端延伸至第一凹槽(3)内并焊接有第二锥型齿轮(12)，第二锥型齿轮(12)与第一锥型齿轮(5)啮合，圆形块(8)的底部开设有第三凹槽(13)，第三凹槽(13)内转动安装有第二转轴(14)，第二转轴(14)的底端延伸至第三凹槽(13)外并焊接有转盘(15)，转盘(15)的底部焊接有支撑柱(16)，支撑柱(16)的底端延伸至内螺纹套筒(4)外，支撑柱(16)的一侧固定安装有探测雷达(17)，探测雷达(17)位于第一凹槽(3)内，第二转轴(14)的顶端焊接有涡轮(18)，第三凹槽(13)靠近探测雷达(17)的一侧内壁上开设有第四凹槽(19)，第四凹槽(19)的底部内壁上固定安装有第二电机(20)，第二电机(20)的输出轴上焊接有第三转轴(21)，第三转轴(21)远离第二电机(20)的一端延伸至第三凹槽(13)内并焊接有蜗杆(22)，蜗杆(22)与涡轮(18)啮合。
2.一种无人机避障方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：所述无人机本体(1)处于自动巡航模式下，探测雷达模块间隔固定时间向航向附近空域发射探测信号波束，同时探测雷达模块接收返回信号波束；
S2：当所述探测雷达模块没有接收到航向附近空域的返回信号波束时，飞控模块判断航向无障碍，空域安全，并控制无人机本体(1)继续保持自动巡航模式；
S3：当所述探测雷达模块接收到航向附近空域的返回信号波束时，飞控模块判断航向有障碍，并计算无人机本体(1)到达障碍的时间和障碍物的大小，以此推算无人机本体(1)能否安全爬升规避；
S4：当所述飞控模块判断无人机本体(1)不能安全爬升规避时，飞控模块控制舵机对可动翼面模块进行调节，同时飞控模块对动力模块进行调节，使无人机本体(1)进行盘旋并爬升；
S5：所述探测雷达模块对航向空域再次发射探测信号波束；
S6：当所述探测雷达模块接收到航向空域的返回信号波束时，飞控模块判断规避未成功并控制舵机和动力模块再次调整，使无人机本体(1)再次进行盘旋并爬升；
S7：当所述探测雷达模块没有接收到航向空域的返回信号波束时，飞控模块判断到达规避高度，航向安全，并控制无人机本体(1)飞跃障碍；
S8：当所述无人机本体(1)飞跃障碍后，飞控模块控制无人机本体(1)保持自动巡航模式。
3.根据权利要求1所述的一种无人机避障系统，其特征在于：所述丝杆(7)的顶端开设有两个第五凹槽，第五凹槽内滑动安装有滑杆，滑杆的顶端延伸至对应的第五凹槽外并焊接在第一凹槽(3)的顶部内壁上。
4.根据权利要求3所述的一种无人机避障系统，其特征在于：两个第五凹槽相互靠近的一侧内壁上开设有同一个通槽，通槽内滑动安装有限位杆，限位杆的两端均延伸至通槽外并分别焊接在对应的滑杆上。
5.根据权利要求1所述的一种无人机避障系统，其特征在于：所述第一凹槽(3)内设有第一轴承，第一轴承的外圈与第一凹槽(3)的侧壁固定连接，且第一轴承的内圈固定套设在内螺纹套筒(4)上。
6.根据权利要求1所述的一种无人机避障系统，其特征在于：所述第二凹槽(9)内固定安装有第一卡块，第一卡块上开设有第二通孔，第一转轴(11)转动安装在第二通孔内。
7.根据权利要求1所述的一种无人机避障系统，其特征在于：所述第一凹槽(3)的侧壁上固定安装有第二卡块，第二卡块上开设有第三通孔，第三通孔与圆形块(8)相适配。
8.根据权利要求1所述的一种无人机避障系统，其特征在于：所述第四凹槽(19)内固定安装有第三卡块，第三卡块上开设有第四通孔，第三转轴(21)转动安装在第四通孔内。
9.根据权利要求1所述的一种无人机避障系统，其特征在于：所述第三凹槽(13)内设有两个第二轴承，两个第二轴承的外圈均与第三凹槽(13)的内壁固定连接，且两个第二轴承的内圈均固定套设在第二转轴(14)上。
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