CN109739256B - 一种无人机降落避障方法、装置及无人机 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例涉及无人机控制技术领域，特别是涉及一种无人机降落避障方法、装置及无人机。所述无人机降落避障方法包括：获取待降落区域的点云分布图；根据所述点云分布图确定所述待降落区域中的安全区域；在所述安全区域中确定目标位置；控制所述无人机移动至所述目标位置，以使所述无人机远离所述待降落区域中的障碍物。通过上述方式，本发明实施例能够闪避待降落区域中的障碍物，减少无人机坠毁的风险。

Description

一种无人机降落避障方法、装置及无人机
技术领域
本发明实施例涉及无人机控制技术领域，特别是涉及一种无人机降落避障方法、装置及无人机。
背景技术
无人机是一种由无线电遥控设备或自身程序控制装置操纵的无人驾驶飞行器。随着无人机相关技术的发展及其应用场景的复杂变化，无人机在飞行过程中出现的安全问题越来越多，于是，在无人机中配备自主降落保护技术，以防止无人机在未知环境中降落时出现坠毁的情况。
目前，无人机配备的自主降落保护技术检测待降落区域存在危险区域后，只能飞离或者悬停于该存在危险区域的待降落区域，而无法在待降落区域中对危险区域进行闪避，对于低电量的无人机而言，容易造成无人机在电量耗尽后坠毁。
发明内容
本发明实施例旨在提供一种无人机降落避障方法、装置及无人机，能够闪避待降落区域中的障碍物，减少无人机坠毁的风险。
为解决上述技术问题，本发明实施例采用的一个技术方案是：提供一种无人机降落避障方法，所述方法包括：
获取待降落区域的点云分布图；
根据所述点云分布图确定所述待降落区域中的安全区域；
在所述安全区域中确定目标位置；
控制所述无人机移动至所述目标位置，以使所述无人机远离所述待降落区域中的障碍物。
可选地，所述获取待降落区域的点云分布图，包括：
通过所述无人机的深度传感器获取所述待降落区域的所述点云分布图。
可选地，所述通过所述无人机的深度传感器获取所述待降落区域的所述点云分布图，包括：
通过所述深度传感器获取所述待降落区域的点云数据；
将所述点云数据投影至二维平面，以获取所述点云分布图。
可选地，所述在所述安全区域中确定目标位置，包括：
确定所述安全区域的重心位置；
将所述安全区域的重心位置确定为所述目标位置。
可选地，所述确定所述安全区域的重心位置，包括：
提取所述安全区域中每个点云的坐标；
根据所述每个点云的坐标确定所述安全区域的重心位置为：
Figure BDA0001914026540000021
其中，n为所述安全区域中的点云总数，Xi为所述安全区域中第i个点云的横坐标，Yi为所述安全区域中第i个点云的纵坐标，X为所述重心位置的横坐标，Y为所述重心位置的纵坐标。
可选地，所述控制所述无人机移动至所述目标位置，包括：
确定所述目标位置所在的方向为第一目标方向；
控制所述无人机沿所述第一目标方向移动至所述目标位置。
可选地，所述控制所述无人机沿所述第一目标方向移动至所述目标位置之前，所述方法还包括：
确定所述第一目标方向是否存在障碍物，若否，则控制所述无人机沿所述第一目标方向移动至所述目标位置。
可选地，通过感知传感器确定所述第一目标方向是否存在障碍物。
可选地，所述感知传感器为单向感知传感器，所述方法还包括：
控制所述单向感知传感器的感知方向与所述第一目标方向一致。
可选地，所述控制所述无人机移动至所述目标位置之前，所述方法还包括：
确定所述待降落区域的中心位置；
判断所述目标位置与所述待降落区域的中心位置是否一致，若是，则重新确定目标位置。
可选地，所述重新确定目标位置，包括：
确定待降落区域中不存在障碍物的方向为第二目标方向；
控制所述无人机沿所述第二目标方向移动预设距离后，在所述安全区域中确定目标位置。
可选地，所述控制所述无人机移动至所述目标位置之后，所述方法还包括：
确定以所述目标位置为中心的待降落区域是否存在危险区域，
若不存在，则控制所述无人机降落；
若存在，则在所述以所述目标位置为中心的待降落区域中确定目标位置。
可选地，所述方法还包括：
确定在所述以所述目标位置为中心的待降落区域中确定目标位置的次数是否超过第一预设阈值，若是，则控制所述无人机发出警告和/或控制所述无人机停止降落。
可选地，所述在所述安全区域中确定目标位置之前，所述方法还包括：
确定所述安全区域的点云数量与所述待降落区域的点云数量的比值R1；
判断所述R1是否大于第二预设阈值，若是，则在所述安全区域中确定目标位置。
为解决上述技术问题，本发明实施例采用的另一个技术方案是：提供一种无人机降落避障装置，所述装置包括：
获取模块，所述获取模块用于获取待降落区域的点云分布图；
确定模块，所述确定模块用于根据所述点云分布图确定所述待降落区域中的安全区域；以及
用于在所述安全区域中确定目标位置；
控制模块，所述控制模块用于控制所述无人机移动至所述目标位置，以使所述无人机远离所述待降落区域中的障碍物。
可选地，所述获取模块通过所述无人机的深度传感器获取所述待降落区域的所述点云分布图。
可选地，所述获取模块具体用于：
通过所述深度传感器获取所述待降落区域的点云数据；
将所述点云数据投影至二维平面，以获取所述点云分布图。
可选地，所述确定模块用于：
确定所述安全区域的重心位置；
将所述安全区域的重心位置确定为所述目标位置。
可选地，所述确定模块还用于：
提取所述安全区域中每个点云的坐标；
根据所述每个点云的坐标确定所述安全区域的重心位置为：
Figure BDA0001914026540000041
其中，n为所述安全区域中的点云总数，Xi为所述安全区域中第i个点云的横坐标，Yi为所述安全区域中第i个点云的纵坐标，X为所述重心位置的横坐标，Y为所述重心位置的纵坐标。
可选地，所述控制模块用于：
确定所述目标位置所在的方向为第一目标方向；
控制所述无人机沿所述第一目标方向移动至所述目标位置。
可选地，所述控制模块还用于：
确定所述第一目标方向是否存在障碍物，若否，则控制所述无人机沿所述第一目标方向移动至所述目标位置。
可选地，所述控制模块通过感知传感器确定所述第一目标方向是否存在障碍物。
可选地，所述感知传感器为单向传感器，所述控制模块还用于：
控制所述单向感知传感器的感知方向与所述第一目标方向一致。
可选地，所述确定模块还用于：
确定所述待降落区域的中心位置；
判断所述目标位置与所述待降落区域的中心位置是否一致，若是，则重新确定目标位置。
可选地，所述确定模块还用于：
确定待降落区域中不存在障碍物的方向为第二目标方向；
控制所述无人机沿所述第二目标方向移动预设距离后，在所述安全区域中确定目标位置。
可选地，所述控制模块还用于：
确定以所述目标位置为中心的待降落区域是否存在危险区域，
若不存在，则控制所述无人机降落；
若存在，则在所述以所述目标位置为中心的待降落区域中确定目标位置。
可选地，所述控制模块还用于：
确定在所述以所述目标位置为中心的待降落区域中确定目标位置的次数是否超过第一预设阈值，若是，则控制所述无人机发出警告和/或控制所述无人机停止降落。
可选地，所述确定模块还用于：
确定所述安全区域的点云数量与所述待降落区域的点云数量的比值R1；
判断所述R1是否大于第二预设阈值，若是，则在所述安全区域中确定目标位置。
为解决上述技术问题，本发明实施例采用的另一个技术方案是：提供一种无人机，包括：
机身；
机臂，与所述机身相连；
动力装置，设于所述机臂；
至少一个处理器，设于所述机身内；以及
与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够用于执行以上所述的无人机降落避障方法。
为解决上述技术问题，本发明实施例采用的另一个技术方案是：提供一种非易失性计算机可读存储介质，所述非易失性计算机可读存储介质存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令用于使无人机执行以上所述的无人机降落避障方法。
本发明实施例的有益效果是：区别于现有技术的情况下，本发明实施例提供一种无人机降落避障方法、装置及无人机，在无人机降落避障方法中，通过在待降落区域的安全区域中确定目标位置，并控制无人机移动至目标位置，使得无人机能够向待降落区域的安全区域移动，且由于安全区域是不存在障碍物的区域，故无人机向安全区域移动时，即实现了对障碍物的闪避，减少无人机坠毁的风险。
附图说明
一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。
图1是本发明一实施例提供的一种无人机的结构示意图；
图2是本发明一实施例提供的一种无人机降落避障方法的流程示意图；
图3是图2所示方法的步骤S400的流程示意图；
图4是图2所示方法的步骤S800的流程示意图；
图5是本发明另一实施例提供的一种无人机降落避障方法的流程示意图；
图6是本发明另一实施例提供的一种无人机降落避障方法的流程示意图；
图7是本发明另一实施例提供的一种无人机降落避障方法的流程示意图；
图8是本发明一实施例提供的一种无人机降落避障装置的结构示意图；
图9是本发明一实施例提供的一种无人机的硬件结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。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。
需要说明的是，当元件被表述“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上、或者其间可以存在一个或多个居中的元件。当一个元件被表述“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件、或者其间可以存在一个或多个居中的元件。本说明书所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
此外，下面所描述的本发明各个实施例中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
本发明提供了一种无人机降落避障方法及装置，该方法及装置应用于无人机，从而使得该无人机能够在检测到待降落区域中存在危险区域时，在待降落区域的安全区域中确定目标位置，并移动至该目标位置，以实现在待降落区域中对障碍物的闪避，减少坠毁风险。其中，危险区域是指存在障碍物的区域，该障碍物包括：倾斜坡面、水面、灌木丛、凸起的异物以及楼顶、悬崖、深沟等表面平整区域的边缘空缺区域；目标位置则指无人机即将移动到的位置。
本发明中的无人机可以是任何合适类型的高空无人机或者低空无人机，包括固定翼无人机、旋翼无人机、伞翼无人机或者扑翼无人机等。
下面，将通过具体实施例对本发明进行阐述。
实施例一
请参阅图1，是本发明其中一实施例提供的一种无人机100，包括机身10、机臂20、动力装置30、深度传感器40、起落架50以及飞控系统(图未示)。机臂20、深度传感器40以及起落架50均与机身10连接，飞控系统则设置于机身10内，动力装置30则设置于机臂20上。其中，动力装置30、深度传感器40以及起落架50均与飞控系统通信连接，使得飞控系统能够通过动力装置30来控制无人机100的飞行、能够通过深度传感器40获得无人机100待降落区域的点云分布图、还能够控制起落架50与地面接触。
优选地，机臂20数量为4，均匀分布于机身10四周，用于承载动力装置30。
动力装置30包括电机以及与电机轴连接的螺旋桨，电机能够带动螺旋桨旋转以为无人机100提供升力，实现飞行；电机还能够通过改变螺旋桨的转速及方向来改变无人机100的飞行方向。当动力装置30与飞控系统通信连接时，飞控系统能够通过控制电机来控制无人机100的飞行。
该动力装置30设置于机臂20未与机身10连接的一端，并通过电机连接机臂20。
优选地，在无人机100的4个机臂20上，均设置有动力装置30，以使无人机100能够平稳飞行。
深度传感器40则设置于机身10底部，用于采集无人机100待降落区域的点云数据。点云数据中，每一个点云包含有三维坐标，有些可能含有颜色信息或者反射强度信息，通过点云数据能够获得深度传感器40与待降落区域物体的距离。当深度传感器40与飞控系统通信连接时，飞控系统能够从深度传感器40获取无人机100待降落区域的点云数据，并将点云数据投影至二维平面，以获取待降落区域的点云分布图。
进一步地，深度传感器40通过云台设置于机身10底部，以使深度传感器40能够全方位采集待降落区域的点云数据。
该深度传感器40包括但不限于：双目相机、TOF(Time of Flight，飞行时间)相机、结构光相机和激光雷达。
起落架50设置于机身10底部相对两侧，通过驱动装置连接于机身10，起落架50在驱动装置的驱动下能够进行打开与收起。在无人机100与地面接触时，驱动装置控制起落架50打开，以使无人机100通过起落架50与地面接触；在无人机100飞行过程中，驱动装置控制起落架50收起，以避免起落架50影响无人机100飞行。当起落架50与飞控系统通信连接时，飞控系统能够通过控制驱动装置来控制起落架50与地面接触。
可以理解的是，无人机100降落于地面时，只通过起落架50与地面接触，此时，无人机100的实际降落区域即起落架50与地面接触时所围成的区域。
当无人机100通过起落架50与地面接触时，无人机100机体在地面的投影围成投影区域，该投影区域与实际降落区域中心点重合，并且投影区域大于实际降落区域。该投影区域包括螺旋桨的活动范围，表征无人机100能够正常活动的最小区域。
进一步地，在机身10中还设置有感知传感器(图未示)，该感知传感器用于确定无人机100的飞行方向上是否存在障碍物。
该感知传感器与飞控系统通信连接，飞控系统能够根据感知传感器的判断结果控制无人机100的飞行方向，比如：若感知传感器确定无人机100的飞行方向上存在障碍物，则控制无人机100改变飞行方向。
该感知传感器包括单向感知传感器或者多向感知传感器。
当感知传感器为单向感知传感器时，该单向感知传感器只能确定一个方向上是否存在障碍物，故该单向感知传感器设置于机身10时，其感知方向与无人机100的飞行方向一致，即无人机100的飞行方向为单向感知传感器的感知方向，当无人机100改变飞行方向时，单向感知传感器的感知方向也随着无人机100飞行方向的改变而改变，以使单向感知传感器始终能够确定无人机100的飞行方向上是否存在障碍物。
当感知传感器为多向感知传感器时，该多向感知传感器能够确定无人机100任意一个方向上是否存在障碍物，故该多向感知传感器设置于机身10时，能够不随无人机100飞行方向的改变而改变。
飞控系统与动力装置30、深度传感器40、起落架50以及感知传感器通过有线连接或者无线连接的方式进行通信连接。其中，无线连接包括但不限于：WiFi、蓝牙、ZigBee等。
该飞控系统用于执行本发明所述的无人机降落避障方法，以使得无人机100能够闪避待降落区域中的障碍物，减少无人机100坠毁风险。
具体地，在无人机100准备降落时，飞控系统通过深度传感器40获取待降落区域的点云分布图。
其中，待降落区域为无人机100准备降落的区域，无人机100位于待降落区域的中心。
点云分布图则为能够反映待降落区域的点云分布情况的示意图。
在本发明的一实施例中，飞控系统通过深度传感器40获取待降落区域的点云分布图具体包括：飞控系统通过深度传感器40获取待降落区域的点云数据，并将所获取的点云数据投影至二维平面，以获取点云分布图。
当然，在一些可替代实施例中，飞控系统通过深度传感器40获取待降落区域的点云分布图还可以包括：飞控系统通过深度传感器40获取待降落区域的深度图，并根据所获取的深度图获取点云分布图。
进一步地，在获取了待降落区域的点云分布图后，飞控系统根据点云分布图确定待降落区域中的安全区域。
其中，安全区域为待降落区域中不存在障碍物的区域，即为待降落区域除去存在障碍物的危险区域后的区域。
飞控系统根据点云分布图确定待降落区域中的安全区域时，能够通过平面检测法进行确定，也能够通过空缺区域检测法进行确定。
具体地，当通过平面检测法确定待降落区域中的安全区域时，提取点云分布图中的特征点确定平面后，将点云均位于平面内的区域确定为安全区域。
当通过空缺区域检测法确定待降落区域中的安全区域时，在待降落区域的点云分布图中划分检测区域，将检测区域划分为至少两个指定区域后，对每一个指定区域中的点云数量进行检测，将点云数量不小于阈值的指定区域确定为安全区域。
当然，在一些实施例中，还能够将平面检测法和空缺区域检测法结合后确定待降落区域中的安全区域，提高确定安全区域的精确度。
进一步地，在确定了待降落区域的安全区域后，为了防止安全区域过小而造成无人机100降落后仍出现坠毁的情况，飞控系统确定安全区域的点云数量与待降落区域的点云数量的比值R1,并判断该比值R1是否大于第二预设阈值，若该比值R1大于第二预设阈值，则表示安全区域足够大，能够满足无人机100的降落需求，此时，则在安全区域中确定目标位置。
其中，第二预设阈值为预先设置的固定值，该第二预设阈值的取值范围为10％-30％，包括10％和30％两个端点数值。
当然，在一些可替代实施方式中，第二预设阈值与无人机100的投影区域面积相关，能够将无人机100的投影区域面积与待降落区域面积的比值确定为第二预设阈值。
在本发明的一实施例中，在安全区域中确定目标位置具体包括：飞控系统确定安全区域的重心位置，并将所确定的重心位置确定为目标位置。
其中，安全区域的重心为安全区域中所有点云的“质量中心”，能够通过安全区域中所有点云坐标的平均值确定安全区域的重心位置。
飞控系统确定安全区域的重心位置时，提取安全区域中每个点云的坐标，然后根据每个点云的坐标来确定安全区域的重心位置，该安全区域的重心位置为：
Figure BDA0001914026540000111
其中，n为安全区域中的点云总数，Xi为安全区域中第i个点云的横坐标，Yi为安全区域中第i个点云的纵坐标，X为重心位置的横坐标，Y为重心位置的纵坐标。
比如：当安全区域中的点云总数为3时，第1个点云的坐标为(X1,Y1)，第2个点云的坐标为(X2,Y2)，第3个点云的坐标为(X3,Y3)，此时，飞控系统提取安全区域中每个点云的坐标，即分别提取第1个点云的坐标(X1,Y1)、第2个点云的坐标(X2,Y2)和第3个点云的坐标(X3,Y3)，然后飞控系统根据所提取的第1个点云的坐标(X1,Y1)、第2个点云的坐标(X2,Y2)和第3个点云的坐标(X3,Y3)来计算安全区域的重心位置，其中，安全区域的重心位置的横坐标
Figure BDA0001914026540000121
安全区域的重心位置的纵坐标
Figure BDA0001914026540000122
进一步地，当待降落区域中的障碍物相对于无人机100中心对称时，所确定的安全区域的重心位置与待降落区域的中心位置一致，导致无人机无法闪避障碍物，故为了防止安全区域的重心位置与待降落区域的中心位置一致的情况出现，在确定了目标位置后，飞控系统还需要确定待降落区域的中心位置，判断目标位置与待降落区域的中心位置是否一致，若目标位置与待降落区域的中心位置不一致，则控制无人机100移动至目标位置；若目标位置与待降落区域的中心位置一致，则重新确定目标位置。
在本发明的一实施例中，控制无人机100移动至目标位置具体包括：飞控系统确定目标位置所在的方向为第一目标方向后，控制无人机100沿第一目标方向移动至目标位置。
其中，为了防止无人机100移动至目标位置的过程中碰撞到障碍物，在控制无人机100沿第一目标方向移动至目标位置之前，飞控系统通过感知传感器确定第一目标方向是否存在障碍物，若不存在障碍物才控制无人机100沿第一目标方向移动至目标位置。
当感知传感器为单向感知传感器时，飞控系统控制单向感知传感器的感知方向与第一目标方向一致，具体包括：飞控系统控制无人机100的飞行方向朝向第一目标方向。由于单向感知传感器的感知方向与飞行方向一致，故能够通过控制无人机100的飞行方向朝向第一目标方向而实现控制单向感知传感器的感知方向与第一目标方向一致。
在本发明的一实施例中，重新确定目标位置包括：飞控系统确定待降落区域中不存在障碍物的方向为第二目标方向，然后控制无人机100沿第二目标方向移动预设距离后，在安全区域中确定目标位置。
其中，飞控系统通过感知传感器确定第二目标方向。
预设距离与第二目标方向以及待降落区域的大小相关，若第二目标方向为待降落区域的宽度方向，则预设距离为待降落区域的半宽；若第二目标方向为待降落区域的长度方向，则预设距离为待降落区域的半长，以保证无人机100沿第二目标方向移动预设距离后，能够离开该待降落区域，在新的安全区域中确定目标位置。
进一步地，当无人机移动至目标位置之后，飞控系统确定以目标位置为中心的待降落区域是否存在危险区域，若存在，则在以目标位置为中心的待降落区域中确定目标位置；若不存在，则控制无人机降落。
在本发明的一实施例中，若确定在以目标位置为中心的待降落区域中确定目标位置的次数超过第一预设阈值，则控制无人机发出警告和/或控制无人机停止降落。
优选地，第一预设阈值为预先设置的固定值，该第一预设阈值的取值范围在3-5之间，包括3和5两个端点数值。
在本发明实施例中，通过在待降落区域的安全区域中确定目标位置，并控制无人机移动至目标位置，使得无人机能够向待降落区域的安全区域移动，且由于安全区域是不存在障碍物的区域，故无人机向安全区域移动时，即实现了对障碍物的闪避，减少无人机坠毁的风险。
实施例二
请参阅图2，是本发明其中一实施例提供的一种无人机降落避障方法的流程示意图，应用于无人机，该无人机为上述实施例中所述的无人机100，而本发明实施例提供的方法由上述飞控系统执行，用于闪避待降落区域中的障碍物，减少无人机坠毁的风险，该无人机降落避障方法包括：
S100：获取待降落区域的点云分布图。
上述“待降落区域”为无人机准备降落的区域，无人机位于该待降落区域的中心。
上述“点云分布图”则为能够反映待降落区域的点云分布情况的示意图。
在本发明的一实施例中，获取待降落区域的点云分布图具体包括：通过无人机的深度传感器获取待降落区域的点云分布图。
其中，深度传感器包括但不限于：双目相机、TOF(Time of Flight，飞行时间)相机、结构光相机和激光雷达。
深度传感器用于采集待降落区域的点云数据，每一个点云数据包含有三维坐标，有些可能含有颜色信息或者反射强度信息，通过点云数据能够获得深度传感器与待降落区域物体的距离。
此时，通过深度传感器获取待降落区域的点云分布图具体包括：通过深度传感器获取待降落区域的点云数据；将点云数据投影至二维平面，以获取点云分布图。
S200：根据所述点云分布图确定所述待降落区域中的安全区域。
待降落区域包括安全区域和危险区域。其中，危险区域是指存在障碍物的区域，该障碍物包括：倾斜坡面、水面、灌木丛、凸起的异物以及楼顶、悬崖、深沟等表面平整区域的边缘空缺区域；安全区域是指不存在障碍物的区域，即为待降落区域除去存在障碍物的危险区域后的区域。
在本发明的一实施例中，根据点云分布图确定待降落区域中的安全区域能够通过平面检测法，也能够通过空缺区域检测法。
具体地，当通过平面检测法确定待降落区域中的安全区域时，提取点云分布图中的特征点确定平面后，将点云均位于平面内的区域确定为安全区域。
当通过空缺区域检测法确定待降落区域中的安全区域时，在待降落区域的点云分布图中划分检测区域，将检测区域划分为至少两个指定区域后，对每一个指定区域中的点云数量进行检测，将点云数量不小于阈值的指定区域确定为安全区域。
当然，在一些实施例中，还能够将平面检测法和空缺区域检测法结合后确定待降落区域中的安全区域，提高确定安全区域的精确度。
S400：在所述安全区域中确定目标位置。
上述“目标位置”为安全区域中能够使无人机远离障碍物的位置，也即无人机即将移动到的位置。
请参阅图3，在本发明的一实施例中，在所述安全区域中确定目标位置具体包括：
S410：确定所述安全区域的重心位置；
S420：将所述安全区域的重心位置确定为所述目标位置。
其中，确定安全区域的重心位置具体包括：提取安全区域中每个点云的坐标；根据每个点云的坐标确定安全区域的重心位置，该安全区域的重心位置为：
Figure BDA0001914026540000151
其中，n为安全区域中的点云总数，Xi为安全区域中第i个点云的横坐标，Yi为安全区域中第i个点云的纵坐标，X为重心位置的横坐标，Y为重心位置的纵坐标。
比如：当安全区域中的点云总数为3时，第1个点云的坐标为(X1,Y1)，第2个点云的坐标为(X2,Y2)，第3个点云的坐标为(X3,Y3)，此时，飞控系统提取安全区域中每个点云的坐标，即分别提取第1个点云的坐标(X1,Y1)、第2个点云的坐标(X2,Y2)和第3个点云的坐标(X3,Y3)，然后飞控系统根据所提取的第1个点云的坐标(X1,Y1)、第2个点云的坐标(X2,Y2)和第3个点云的坐标(X3,Y3)来计算安全区域的重心位置，其中，安全区域的重心位置的横坐标
Figure BDA0001914026540000152
安全区域的重心位置的纵坐标
Figure BDA0001914026540000153
由于安全区域是待降落区域除去危险区域后的区域，在障碍物不相对待降落区域的中心位置对称的情况下，安全区域的重心位置偏离待降落区域的中心位置，故将安全区域的重心位置确定为目标位置时，能够使得移动至目标位置的无人机远离障碍物。
S800：控制所述无人机移动至所述目标位置，以使所述无人机远离所述待降落区域中的障碍物。
请参阅图4，在本发明的一实施例中，控制无人机移动至目标位置具体包括：
S810：确定所述目标位置所在的方向为第一目标方向；
S820：确定所述第一目标方向是否存在障碍物；
S830：若否，则控制所述无人机沿所述第一目标方向移动至所述目标位置。
其中，通过感知传感器确定第一目标方向是否存在障碍物。
当感知传感器为单向感知传感器时，控制单向感知传感器的感知方向与第一目标方向一致，具体包括：控制无人机的飞行方向朝向第一目标方向。由于单向感知传感器的感知方向与飞行方向一致，故能够通过控制无人机的飞行方向朝向第一目标方向而实现控制单向感知传感器的感知方向与第一目标方向一致。
请参阅图5，当待降落区域中的障碍物相对于无人机中心对称时，所确定的安全区域的重心位置与待降落区域的中心位置一致，导致无人机无法闪避障碍物，故为了防止安全区域的重心位置与待降落区域的中心位置一致的情况出现，在本发明的另一实施例中，步骤S800之前还包括：
S500：确定所述待降落区域的中心位置；
S600：判断所述目标位置与所述待降落区域的中心位置是否一致，若是，则执行步骤S700；若否，则执行步骤S800；
S700：重新确定目标位置。
其中，重新确定目标位置包括：确定待降落区域中不存在障碍物的方向为第二目标方向；控制无人机沿第二目标方向移动预设距离后，在安全区域中确定目标位置。
能够通过感知传感器确定第二目标方向。
预设距离与第二目标方向以及待降落区域的大小相关，若第二目标方向为待降落区域的宽度方向，则预设距离为待降落区域的半宽；若第二目标方向为待降落区域的长度方向，则预设距离为待降落区域的半长，以保证无人机100沿第二目标方向移动预设距离后，能够离开该待降落区域，在新的安全区域中确定目标位置。
请参阅图6，在本发明的另一实施例中，步骤S800之后还包括：
S900：确定以所述目标位置为中心的待降落区域是否存在危险区域，
若不存在，则控制所述无人机降落；
若存在，则在所述以所述目标位置为中心的待降落区域中确定目标位置。
其中，确定待降落区域是否存在危险区域时，能够通过平面检测法进行确定，也能够通过空缺区域检测法进行确定。
当通过平面检测法确定待降落区域中是否存在危险区域时，提取点云分布图中的特征点确定平面后，将点云位于平面外的区域确定为危险区域。
当通过空缺区域检测法确定待降落区域中是否存在危险区域时，在待降落区域的点云分布图中划分检测区域，将检测区域划分为至少两个指定区域后，对每一个指定区域中的点云数量进行检测，将点云数量小于阈值的指定区域确定为危险区域。
当然，在一些实施例中，还能够将平面检测法和空缺区域检测法结合后确定待降落区域中的安全区域，提高确定安全区域的精确度。
进一步地，确定在所述以所述目标位置为中心的待降落区域中确定目标位置的次数是否超过第一预设阈值，若是，则控制所述无人机发出警告和/或控制所述无人机停止降落。
优选地，第一预设阈值为预先设置的固定值，该第一预设阈值的取值范围在3-5之间，包括3和5两个端点数值。
请参阅图7，在本发明的另一实施例中，为了防止安全区域过小而造成无人机降落后仍出现坠毁的情况，步骤S400之前还包括：
S300：判断所述安全区域的点云数量与所述待降落区域的点云数量的比值R1是否大于第二预设阈值，若是，则执行步骤S400。
其中，第二预设阈值为预先设置的固定值，该第二预设阈值的取值范围为10％-30％，包括10％和30％两个端点数值。
当然，在一些可替代实施方式中，第二预设阈值与无人机100的投影区域面积相关，能够将无人机100的投影区域面积与待降落区域面积的比值确定为第二预设阈值。
在本发明实施例中，通过在待降落区域的安全区域中确定目标位置，并控制无人机移动至目标位置，使得无人机能够向待降落区域的安全区域移动，且由于安全区域是不存在障碍物的区域，故无人机向安全区域移动时，即实现了对障碍物的闪避，减少无人机坠毁的风险。
实施例三
以下所使用的术语“模块”为可以实现预定功能的软件和/或硬件的组合。尽管以下实施例所描述的装置可以以软件来实现，但是硬件，或者软件和硬件的组合的实现也是可能被构想的。
请参阅图8，是本发明其中一实施例提供的一种无人机降落避障装置，该装置应用于无人机，该无人机为上述实施例中所述的无人机100，而本发明实施例提供的装置各个模块的功能由上述飞控系统执行，用于闪避待降落区域中的障碍物，减少无人机坠毁的风险，该无人机降落避障装置包括：
获取模块200，所述获取模块200用于获取待降落区域的点云分布图；
确定模块300，所述确定模块300用于根据所述点云分布图确定所述待降落区域中的安全区域；以及
用于在所述安全区域中确定目标位置；
控制模块400，所述控制模块400用于控制所述无人机移动至所述目标位置，以使所述无人机远离所述待降落区域中的障碍物。
其中，获取模块200通过所述无人机的深度传感器获取所述待降落区域的所述点云分布图。
进一步地，获取模块200具体用于：
通过所述深度传感器获取所述待降落区域的点云数据；
将所述点云数据投影至二维平面，以获取所述点云分布图。
进一步地，确定模块300具体用于：
确定所述安全区域的重心位置；
将所述安全区域的重心位置确定为所述目标位置。
进一步地，确定模块300还用于：
提取所述安全区域中每个点云的坐标；
根据所述每个点云的坐标确定所述安全区域的重心位置为：
Figure BDA0001914026540000191
其中，n为所述安全区域中的点云总数，Xi为所述安全区域中第i个点云的横坐标，Yi为所述安全区域中第i个点云的纵坐标，X为所述重心位置的横坐标，Y为所述重心位置的纵坐标。
进一步地，控制模块400具体用于：
确定所述目标位置所在的方向为第一目标方向；
控制所述无人机沿所述第一目标方向移动至所述目标位置。
进一步地，控制模块400还用于：
确定所述第一目标方向是否存在障碍物，若否，则控制所述无人机沿所述第一目标方向移动至所述目标位置。
进一步地，控制模块400通过感知传感器确定所述第一目标方向是否存在障碍物。
进一步地，感知传感器为单向传感器时，所述控制模块400还用于：
控制所述单向感知传感器的感知方向与所述第一目标方向一致。
进一步地，确定模块300还用于：
确定所述待降落区域的中心位置；
判断所述目标位置与所述待降落区域的中心位置是否一致，若是，则重新确定目标位置。
进一步地，确定模块300还用于：
确定待降落区域中不存在障碍物的方向为第二目标方向；
控制所述无人机沿所述第二目标方向移动预设距离后，在所述安全区域中确定目标位置。
进一步地，控制模块400还用于：
确定以所述目标位置为中心的待降落区域是否存在危险区域，
若不存在，则控制所述无人机降落；
若存在，则在所述以所述目标位置为中心的待降落区域中确定目标位置。
进一步地，控制模块400还用于：
确定在所述以所述目标位置为中心的待降落区域中确定目标位置的次数是否超过第一预设阈值，若是，则控制所述无人机发出警告和/或控制所述无人机停止降落。
进一步地，确定模块300还用于：
确定所述安全区域的点云数量和所述待降落区域的点云数量的比值R1；
判断所述R1是否大于第二预设阈值，若是，则在所述安全区域中确定目标位置。
当然，在其他一些可替代实施例中，上述获取模块200可以为深度传感器，以直接获取待降落区域的点云分布图；上述确定模块300、控制模块400可以为飞控芯片。
由于装置实施例和方法实施例是基于同一构思，在内容不互相冲突的前提下，装置实施例的内容可以引用方法实施例的，在此不再一一赘述。
在本发明实施例中，通过在待降落区域的安全区域中确定目标位置，并控制无人机移动至目标位置，使得无人机能够向待降落区域的安全区域移动，且由于安全区域是不存在障碍物的区域，故无人机向安全区域移动时，即实现了对障碍物的闪避，减少无人机坠毁的风险。
实施例四
请参阅图9，是本发明其中一实施例提供的一种无人机的硬件结构示意图，本发明实施例提供的硬件模块能够集成于上述实施例所述的飞控系统，也能够直接作为飞控系统设置于机身10内，使得无人机100能够执行以上实施例所述的一种无人机降落避障方法，还能实现以上实施例所述的一种无人机降落避障装置的各个模块的功能。该无人机100包括：
一个或多个处理器110以及存储器120。其中，图9中以一个处理器110为例。
处理器110和存储器120可以通过总线或者其他方式连接，图9中以通过总线连接为例。
存储器120作为一种非易失性计算机可读存储介质，可用于存储非易失性软件程序、非易失性计算机可执行程序以及模块，如本发明上述实施例中的一种无人机降落避障方法对应的程序指令以及一种无人机降落避障装置对应的模块(例如，获取模块200、确定模块300和控制模块400等)。处理器110通过运行存储在存储器120中的非易失性软件程序、指令以及模块，从而执行一种无人机降落避障方法的各种功能应用以及数据处理，即实现上述方法实施例中的一种无人机降落避障方法以及上述装置实施例的各个模块的功能。
存储器120可以包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需要的应用程序；存储数据区可存储根据一种无人机降落避障装置的使用所创建的数据等。
所述存储数据区还存储有预设的数据，包括第一预设阈值、第二预设阈值、预设距离等。
此外，存储器120可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非易失性固态存储器件。在一些实施例中，存储器120可选包括相对于处理器110远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至处理器110。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。
所述程序指令以及一个或多个模块存储在所述存储器120中，当被所述一个或者多个处理器110执行时，执行上述任意方法实施例中的一种无人机降落避障方法的各个步骤，或者，实现上述任意装置实施例中的一种无人机降落避障装置的各个模块的功能。
上述产品可执行本发明上述实施例所提供的方法，具备执行方法相应的功能模块和有益效果。未在本实施例中详尽描述的技术细节，可参见本发明上述实施例所提供的方法。
本发明实施例还提供了一种非易失性计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机可执行指令，该计算机可执行指令被一个或多个处理器执行，例如图9中的一个处理器110，可使得计算机执行上述任意方法实施例中的一种无人机降落避障方法的各个步骤，或者，实现上述任意装置实施例中的一种无人机降落避障装置的各个模块的功能。
本发明实施例还提供了一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括存储在非易失性计算机可读存储介质上的计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，当所述程序指令被一个或多个处理器执行，例如图9中的一个处理器110，可使得计算机执行上述任意方法实施例中的一种无人机降落避障方法的各个步骤，或者，实现上述任意装置实施例中的一种无人机降落避障装置的各个模块的功能。
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的模块可以是或者也可以不是物理上分开的，作为模块显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。
通过以上的实施例的描述，本领域普通技术人员可以清楚地了解到各实施例可借助软件加通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程是可以通过计算机程序指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施方法的流程。其中，所述存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-OnlyMemory,ROM)或随机存储记忆体(RandomAccessMemory,RAM)等。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；在本发明的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本发明的不同方面的许多其它变化，为了简明，它们没有在细节中提供；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围。

Claims (24)

1.一种无人机降落避障方法，其特征在于，所述方法包括：
通过所述无人机的深度传感器获取待降落区域的点云数据，将所述点云数据投影至二维平面，以获取所述待降落区域的点云分布图，其中，所述点云数据中的每一个点云包含有三维坐标；
根据所述点云分布图确定所述待降落区域中的安全区域,其中，所述安全区域为所述待降落区域中不存在障碍物的区域；
在所述安全区域中确定目标位置，其中，所述目标位置为所述安全区域的重心位置，所述安全区域的重心位置的确定方法包括提取所述安全区域中每个点云的坐标，根据所述每个点云的坐标确定所述安全区域的重心位置；
控制所述无人机移动至所述目标位置，以使所述无人机远离所述待降落区域中的障碍物。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述每个点云的坐标确定所述安全区域的重心位置为：
Figure 98965DEST_PATH_IMAGE002
，
Figure 406318DEST_PATH_IMAGE004
，
其中，n为所述安全区域中的点云总数，Xi为所述安全区域中第i个点云的横坐标，Yi为所述安全区域中第i个点云的纵坐标，X为所述重心位置的横坐标，Y为所述重心位置的纵坐标。
3.根据权利要求1或2中任一项所述的方法，其特征在于，所述控制所述无人机移动至所述目标位置，包括：
确定所述目标位置所在的方向为第一目标方向；
控制所述无人机沿所述第一目标方向移动至所述目标位置。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述控制所述无人机沿所述第一目标方向移动至所述目标位置之前，所述方法还包括：
确定所述第一目标方向是否存在障碍物，若否，则控制所述无人机沿所述第一目标方向移动至所述目标位置。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，通过感知传感器确定所述第一目标方向是否存在障碍物。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述感知传感器为单向感知传感器，所述方法还包括：
控制所述单向感知传感器的感知方向与所述第一目标方向一致。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述控制所述无人机移动至所述目标位置之前，所述方法还包括：
确定所述待降落区域的中心位置；
判断所述目标位置与所述待降落区域的中心位置是否一致，若是，则重新确定目标位置。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述重新确定目标位置，包括：
确定待降落区域中不存在障碍物的方向为第二目标方向；
控制所述无人机沿所述第二目标方向移动预设距离后，在所述安全区域中确定目标位置。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述控制所述无人机移动至所述目标位置之后，所述方法还包括：
确定以所述目标位置为中心的待降落区域是否存在危险区域，
若不存在，则控制所述无人机降落；
若存在，则在所述以所述目标位置为中心的待降落区域中确定目标位置。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
确定在所述以所述目标位置为中心的待降落区域中确定目标位置的次数是否超过第一预设阈值，若是，则控制所述无人机发出警告和/或控制所述无人机停止降落。
11.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在所述安全区域中确定目标位置之前，所述方法还包括：
确定所述安全区域的点云数量与所述待降落区域的点云数量的比值R1；
判断所述R1是否大于第二预设阈值，若是，则在所述安全区域中确定目标位置。
12.一种无人机降落避障装置，其特征在于，所述装置包括：
获取模块，所述获取模块用于通过所述无人机的深度传感器获取待降落区域的点云数据，将所述点云数据投影至二维平面，以获取所述待降落区域的点云分布图，其中，所述点云数据中的每一个点云包含有三维坐标；
确定模块，所述确定模块用于根据所述点云分布图确定所述待降落区域中的安全区域，其中，所述安全区域为所述待降落区域中不存在障碍物的区域；以及
用于在所述安全区域中确定目标位置，其中，所述目标位置为所述安全区域的重心位置，所述确定模块还用于提取所述安全区域中每个点云的坐标，根据所述每个点云的坐标确定所述安全区域的重心位置；
控制模块，所述控制模块用于控制所述无人机移动至所述目标位置，以使所述无人机远离所述待降落区域中的障碍物。
13.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，所述
根据所述每个点云的坐标确定所述安全区域的重心位置为：
Figure 451635DEST_PATH_IMAGE006
，
Figure 112423DEST_PATH_IMAGE008
，
其中，n为所述安全区域中的点云总数，Xi为所述安全区域中第i个点云的横坐标，Yi为所述安全区域中第i个点云的纵坐标，X为所述重心位置的横坐标，Y为所述重心位置的纵坐标。
14.根据权利要求12或13中任一项所述的装置，其特征在于，所述控制模块用于：
确定所述目标位置所在的方向为第一目标方向；
控制所述无人机沿所述第一目标方向移动至所述目标位置。
15.根据权利要求14所述的装置，其特征在于，所述控制模块还用于：
确定所述第一目标方向是否存在障碍物，若否，则控制所述无人机沿所述第一目标方向移动至所述目标位置。
16.根据权利要求15所述的装置，其特征在于，所述控制模块通过感知传感器确定所述第一目标方向是否存在障碍物。
17.根据权利要求16所述的装置，其特征在于，所述感知传感器为单向传感器，所述控制模块还用于：
控制所述单向感知传感器的感知方向与所述第一目标方向一致。
18.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，所述确定模块还用于：
确定所述待降落区域的中心位置；
判断所述目标位置与所述待降落区域的中心位置是否一致，若是，则重新确定目标位置。
19.根据权利要求18所述的装置，其特征在于，所述确定模块还用于：
确定待降落区域中不存在障碍物的方向为第二目标方向；
控制所述无人机沿所述第二目标方向移动预设距离后，在所述安全区域中确定目标位置。
20.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，所述控制模块还用于：
确定以所述目标位置为中心的待降落区域是否存在危险区域，
若不存在，则控制所述无人机降落；
若存在，则在所述以所述目标位置为中心的待降落区域中确定目标位置。
21.根据权利要求20所述的装置，其特征在于，所述控制模块还用于：
确定在所述以所述目标位置为中心的待降落区域中确定目标位置的次数是否超过第一预设阈值，若是，则控制所述无人机发出警告和/或控制所述无人机停止降落。
22.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，所述确定模块还用于：
确定所述安全区域的点云数量与所述待降落区域的点云数量的比值R1；
判断所述R1是否大于第二预设阈值，若是，则在所述安全区域中确定目标位置。
23.一种无人机，其特征在于，包括：
机身；
机臂，与所述机身相连；
动力装置，设于所述机臂；
至少一个处理器，设于所述机身内；以及
与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够用于执行如权利要求1-11中任一项所述的无人机降落避障方法。
24.一种非易失性计算机可读存储介质，其特征在于，所述非易失性计算机可读存储介质存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令用于使无人机执行如权利要求1-11中任一项所述的无人机降落避障方法。
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