CN113467518A

CN113467518A - 一种无人机飞行防撞方法及装置

Info

Publication number: CN113467518A
Application number: CN202110885775.1A
Authority: CN
Inventors: 弋博康; 弋尚乐
Original assignee: Ge Bokang
Current assignee: Ge Bokang
Priority date: 2021-08-03
Filing date: 2021-08-03
Publication date: 2021-10-01

Abstract

本发明公开了一种无人机飞行防撞方法，包括以下步骤：S1、将目标位置坐标输入到无人机上的控制系统内，无人机确认目标的位置坐标，并将目标的位置传递至地面基站，地面基站根据无人机目标位置坐标以及无人机自身位置坐标确定无人机飞行方向和飞行距离，规划出合理的飞行路径；本发明还提出了一种无人机飞行防撞装置。本发明能通过多种方式快速准确的了解并确定无人机飞行路线上存在的障碍物，并准确判断出是否存在发生碰撞的可能，从而便于快速进行规避，保证飞行的安全性，而且在发生碰撞时，能有效进行缓冲，从而保证无人机的正常运行。

Description

一种无人机飞行防撞方法及装置

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飞行防撞方法及装置。

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，或者由车载计算机完全地或间歇地自主地操作。随着智能技术的发展，无人机技术已经逐渐成熟，机上无驾驶舱，但安装有导航飞行控制系统、程序控制装置以及动力和电源等设备。地面遥控遥测站人员通过数据链等设备，对其进行跟踪、定位、遥控、遥测和数字传输。与载人飞机相比，它具有体积小、造价低、使用方便、适应多种飞行环境要求的特点，因此可广泛用于航空遥感、气象研究、农业飞播和病虫害防治中。

现有的无人机防碰撞装置，大部分都是通过无人机集成传感器采集飞行中无人机运行状态，获取障碍物信息并分析是否存在碰撞的可能，虽然高灵敏度传感器可以获得精准数据，但是存在检测手段单一，且检测范围小，不能很好进行精准防撞，而且当发生碰撞时，不能很好的进行减振缓冲，无法保护无人机的正常飞行以及无法保护无人机上的设备。

为此，我们提出了一种无人机飞行防撞方法及装置来解决上述问题。

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飞行防撞方法及装置。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种无人机飞行防撞方法，包括以下步骤：

S1、将目标位置坐标输入到无人机上的控制系统内，无人机确认目标的位置坐标，并将目标的位置传递至地面基站，地面基站根据无人机目标位置坐标以及无人机自身位置坐标确定无人机飞行方向和飞行距离，规划出合理的飞行路径；

S2、地面基站获取其他无人机的飞行路径，并标记出路径有交集的位置点，提醒地面基站注意，无人机上的控制系统在飞行状态下实时向地面基站发送该无人机的唯一ID和当前坐标，从而方便根据输入的指令显示出所需的无人机的坐标以及飞行路径；

S3、根据所获取的无人机飞行速度、飞行方向以及交集点距无人机的距离计算出有可能发生碰撞的位置点，并提醒地面基站注意，从而方便地面基站进行处理，调整无人机飞行速度、飞行路径和飞行高度，直至碰撞风险消除，提醒地面基站停止调整；

S4、通过在无人机控制系统内安装的ADS-B模块能实时接收无人机飞行区域内有人飞机的飞行信息，并将获取到的有人飞机的信息传递至地面基站，地面基站根据无人机传递来的有人飞机的飞行信息，判断无人机是否会与有人飞机发生碰撞，当结果为否，无人机继续飞行，当结果为是，则调整无人机飞行速度、飞行路径和飞行高度，直至碰撞风险消除，提醒地面基站停止调整；

S5、无人机处于飞行状态时，无人机上的摄影模块能实时采集各方向图像，并将采集到的图像传递至地面基站，无人机的摄影模块内设有物理测距模块，地面基站提取图像的特征信息，通过几何关系投影，结合摄像模组标定方法，根据摄像模组内部参数和外部参数计算出摄像模组到障碍物的最短距离，再根据无人机和摄像模组的固定关系，计算无人机到障碍物的最短距离；

S6、根据无人机上的摄像模组传递回来的实时信息，分析障碍物信息，并根据地面基站计算的数据判定障碍物是否为移动型障碍物，当判定结果为是时，根据摄像模组传递回来的信息，地面基站计算出该障碍物的移动速度和移动方向，当判定结果为否时，地面基站计算出该障碍物所处位置；

S7、根据S6计算出来的障碍物的移动速度和移动方向判定是否会与无人机发生碰撞，当判定结果为否时，无人机正常飞行，并实时观测该障碍物的移动情况，当判定结果为是时，调整无人机飞行速度、飞行高度和飞行方向，直至碰撞风险消除，提醒地面基站停止调整并实时观测该障碍物的移动情况；

S8、根据S6计算出来的障碍物所处位置，判定其是否位于无人机的飞行路径上，当判定结果为是时，调节飞行高度和飞行方向，直至碰撞风险消除，提醒地面基站停止调整并实时观测该障碍物的情况，当判定结果为否时，无人机保持正常的飞行状态并实时观测该障碍物的情况。

优选地，所述无人机自身位置坐标与无人机目标位置坐标通过GPS坐标点表示，所述无人机自身GPS坐标点与目标位置GPS坐标点进行连线，且该连线为飞行路径。

优选地，所述摄影模块采用RGBD相机，所述RGBD相机所拍摄图像中每个像素点均包括R、G、B像素信息和对应的深度信息。

优选地，所述物理测距模块采用激光测距仪。

优选地，所述有人飞机的飞行信息包括飞行的经纬度、高度、速度和飞行方向。

优选地，所述障碍物信息包括障碍物尺寸信息、移动方向、移动速度和所处高度。

本发明还提出了一种无人机飞行防撞装置，包括机体，所述机体的两侧均固定有两个连接柱，所述连接柱的上端均安装有旋翼，所述连接柱的下端设有凹槽，所述凹槽内的相对侧壁上均设有滑槽，所述滑槽内安装有滑块，两个滑块之间共同固定有承载板，所述承载板上设有缓冲装置，所述承载板上设有调节装置，所述机体的下端两侧均转动连接有转动板，所述转动板的一侧设有豁口，所述豁口内的相对侧壁上均设有连接槽，两个连接槽内均安装有连接板，两个连接板之间共同固定有移动杆，且移动杆位于豁口内，所述移动杆的一侧转动连接有两个滑杆，两个滑杆的一端均贯穿设有套筒，所述滑杆的一端套设有第三弹簧，且第三弹簧位于套筒内，所述第三弹簧的一端固定在套筒内的一端侧壁上，且第三弹簧的另一端固定在滑杆的一端，两个套筒的一端均转动连接在机体的下端，且转动板位于两个套筒之间，所述移动杆的一端转动连接有防撞护板，所述移动杆的一侧固定有第二弹簧，且第二弹簧的一侧固定在防撞护板的一侧。

优选地，所述缓冲装置包括固定在承载板下端一侧的L型杆，其中一个滑槽内的相对侧壁上共同固定有竖杆，其中一个滑块滑动套接在竖杆上，所述竖杆上套设有第一弹簧，所述第一弹簧的上端固定在该滑槽内的顶部，且第一弹簧的下端固定在该滑块的上端，所述L型杆的下端一侧固定有挡板，且挡板位于连接柱的一侧。

优选地，所述调节装置包括转动套接在承载板上的连接杆，所述连接杆的上端固定有齿轮，且齿轮位于承载板的上端，所述承载板上设有移动槽，所述移动槽内的一端侧壁上固定有电动伸缩杆，所述电动伸缩杆的一端固定有移动块，且移动块位于移动槽内，所述移动块的上端固定有直齿条，且直齿条和齿轮相啮合，所述连接杆的下端固定有摄影器，且摄影器位于L型杆的下端。

优选地，所述挡板采用亚克力板制成。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、通过地面基站、无人机、ADS-B模块和摄影模块的配合，能通过多种方式及早了解并确定无人机飞行路线上是否存在障碍物以及是否会与障碍物相撞，从而方便快速调节无人机的飞行高度、速度和方向，从而便于进行规避，避免出现碰撞，保证无人机能正常飞行；

2、通过缓冲装置、调节装置、防撞护板和移动杆的配合，能调节摄影器的角度，从而便于准确清晰的提供飞行路线上的障碍物，从而便于快速进行规避，并且在发生碰撞时，能有效进行缓冲，抵消外界的冲击力，并能进行转动，从而使冲击碰撞发生偏移，更好的保护无人机，保证无人机能正常进行飞行；

综上所述，本发明能通过多种方式快速准确的了解并确定无人机飞行路线上存在的障碍物，并准确判断出是否存在发生碰撞的可能，从而便于快速进行规避，保证飞行的安全性，而且在发生碰撞时，能有效进行缓冲，从而保证无人机的正常运行。

附图说明

图1为本发明提出的一种无人机飞行防撞装置的外部结构示意图；

图2为本发明提出的一种无人机飞行防撞装置的机体结构示意图；

图3为本发明提出的一种无人机飞行防撞装置的A处放大图；

图4为本发明提出的一种无人机飞行防撞装置的连接柱内部结构示意图；

图5为本发明提出的一种无人机飞行防撞装置的承载板结构示意图；

图6为本发明提出的一种无人机飞行防撞装置的转动板结构示意图；

图7为本发明提出的一种无人机飞行防撞装置的套筒内部结构示意图；

图8为本发明提出的一种无人机飞行防撞装置的B处放大图。

图中：1防撞护板、2旋翼、3连接柱、4机体、5挡板、6 L型杆、7连接杆、8摄影器、9凹槽、10滑槽、11直齿条、12齿轮、13竖杆、14第一弹簧、15滑块、16电动伸缩杆、17移动块、18移动槽、19承载板、20第二弹簧、21连接槽、22套筒、23移动杆、24滑杆、25第三弹簧、26连接板、27转动板、28豁口。

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。

参照图1-8，一种无人机飞行防撞方法，包括以下步骤：

S1、将目标位置坐标输入到无人机上的控制系统内，无人机确认目标的位置坐标，并将目标的位置传递至地面基站，地面基站根据无人机目标位置坐标以及无人机自身位置坐标确定无人机飞行方向和飞行距离，规划出合理的飞行路径，无人机自身位置坐标与无人机目标位置坐标通过GPS坐标点表示，无人机自身GPS坐标点与目标位置GPS坐标点进行连线，且该连线为飞行路径，从而便于指引无人机进行飞行；

S2、地面基站获取其他无人机的飞行路径，并标记出路径有交集的位置点，提醒地面基站注意，无人机上的控制系统在飞行状态下实时向地面基站发送该无人机的唯一ID和当前坐标，从而方便根据输入的指令显示出所需的无人机的坐标以及飞行路径，地面基站能获取其他无人机的飞行路径、飞行速度和飞行高度，使其他无人机的飞行路径与本无人机飞行路径进行对比，选出存在交集的无人机，在根据其他无人机的飞行速度、飞行高度和本无人机的飞行速度、飞行高度以及距离交集点的距离，计算出存在碰撞风险的交集点并发出警报，提醒工作人员注意；

S3、根据所获取的无人机飞行速度、飞行方向以及交集点距无人机的距离计算出有可能发生碰撞的位置点，并提醒地面基站注意，从而方便地面基站进行处理，调整无人机飞行速度、飞行路径和飞行高度，直至碰撞风险消除，提醒地面基站停止调整，地面基站工作人员调解本无人机的飞行速度、飞行高度和飞机路径，从而避免出现碰撞的情况；

S4、通过在无人机控制系统内安装的ADS-B模块能实时接收无人机飞行区域内有人飞机的飞行信息，并将获取到的有人飞机的信息传递至地面基站，有人飞机的飞行信息包括飞行的经纬度、高度、速度和飞行方向，地面基站根据无人机传递来的有人飞机的飞行信息，判断无人机是否会与有人飞机发生碰撞，当结果为否，无人机继续飞行，当结果为是，则调整无人机飞行速度、飞行路径和飞行高度，直至碰撞风险消除，提醒地面基站停止调整，有效规避有人飞机，从而保证飞行的安全性；

S5、无人机处于飞行状态时，无人机上的摄影模块能实时采集各方向图像，并将采集到的图像传递至地面基站，能将无人机飞行途中的情况进行拍摄，并传递至地面基站上，摄影模块采用RGBD相机，RGBD相机所拍摄图像中每个像素点均包括R、G、B像素信息和对应的深度信息，无人机的摄影模块内设有物理测距模块，物理测距模块采用激光测距仪，能有效测量障碍物距无人机的距离，地面基站提取图像的特征信息，通过几何关系投影，结合摄像模组标定方法，根据摄像模组内部参数和外部参数计算出摄像模组到障碍物的最短距离，再根据无人机和摄像模组的固定关系，计算无人机到障碍物的最短距离，能计算出障碍物距离无人机的距离，从而确保数据的准确度；

S6、根据无人机上的摄像模组传递回来的实时信息，分析障碍物信息，障碍物信息包括障碍物尺寸信息、移动方向、移动速度和所处高度，并根据地面基站计算的数据判定障碍物是否为移动型障碍物，当判定结果为是时，根据摄像模组传递回来的信息，地面基站计算出该障碍物的移动速度和移动方向，当判定结果为否时，地面基站计算出该障碍物所处位置，随着无人机的飞行，判定障碍物的情况，从而根据障碍物的情况进行规避，保证飞行的安全；

S7、根据S6计算出来的障碍物的移动速度和移动方向判定是否会与无人机发生碰撞，当判定结果为否时，无人机正常飞行，并实时观测该障碍物的移动情况，当判定结果为是时，调整无人机飞行速度、飞行高度和飞行方向，直至碰撞风险消除，提醒地面基站停止调整并实时观测该障碍物的移动情况，根据障碍物的移动情况进行调节，避免碰撞，并实时监测，避免障碍物的移动速度或反向发生变化时，及时进行调节；

S8、根据S6计算出来的障碍物所处位置，判定其是否位于无人机的飞行路径上，当判定结果为是时，调节飞行高度和飞行方向，直至碰撞风险消除，提醒地面基站停止调整并实时观测该障碍物的情况，当判定结果为否时，无人机保持正常的飞行状态并实时观测该障碍物的情况，调节无人机的飞行状态，避免出现碰撞，并实时监测，避免障碍物的移动时，能及时进行调节。

本发明还提出了一种无人机飞行防撞装置，包括机体4，机体4的两侧均固定有两个连接柱3，连接柱3的上端均安装有旋翼2，旋翼2转动能产生动力，从而方便机体4移动，连接柱3的下端设有凹槽9，凹槽9内的相对侧壁上均设有滑槽10，滑槽10内安装有滑块15，滑块15在滑槽10内平稳移动，从而方便稳定移动。

本发明中，两个滑块15之间共同固定有承载板19，承载板19上设有缓冲装置，能有效进行缓冲，进而方便进行保护机体4，承载板19上设有调节装置，方便进行调节，从而便于准确清晰的进行拍摄周围障碍物。

本发明中，机体4的下端两侧均转动连接有转动板27，方便转动板27平稳转动，转动板27的一侧设有豁口28，豁口28内的相对侧壁上均设有连接槽21，两个连接槽21内均安装有连接板26，两个连接板26之间共同固定有移动杆23，且移动杆23位于豁口28内，连接板26能使移动杆23平稳移动，从而方便进行伸缩，进而便于抵消外界冲击，有效保护机体4。

本发明中，移动杆23的一侧转动连接有两个滑杆24，两个滑杆24的一端均贯穿设有套筒22，滑杆24的一端套设有第三弹簧25，且第三弹簧25位于套筒22内，第三弹簧25的一端固定在套筒22内的一端侧壁上，且第三弹簧25的另一端固定在滑杆24的一端，两个套筒22的一端均转动连接在机体4的下端，且转动板27位于两个套筒22之间，当受到外界碰撞冲击时，会通过移动杆23对滑杆24施压，从而使滑杆24移动，进而使第三弹簧25伸缩，从而能有效缓解外界的冲击，更好的进行保护。

本发明中，移动杆23的一端转动连接有防撞护板1，移动杆23的一侧固定有第二弹簧20，且第二弹簧20的一侧固定在防撞护板1的一侧，当防撞护板1受到外界冲击时，能进行转动，从而更好的进行缓冲，使冲击力发生偏转，从而更好的进行保护。

本发明中，缓冲装置包括固定在承载板19下端一侧的L型杆6，其中一个滑槽10内的相对侧壁上共同固定有竖杆13，其中一个滑块15滑动套接在竖杆13上，使滑块15沿竖杆13的方向平稳移动，竖杆13上套设有第一弹簧14，第一弹簧14的上端固定在该滑槽10内的顶部，且第一弹簧14的下端固定在该滑块15的上端，L型杆6的下端一侧固定有挡板5，且挡板5位于连接柱3的一侧，当无人机降落时，挡板5的下端先抵触地面，通过L型杆6和滑块15挤压第一弹簧14，使第一弹簧14发生形变，从而使降落更平稳，挡板5采用亚克力板制成，挡板5为透明亚克力板，能有效进行防护，并方便进行拍摄。

本发明中，调节装置包括转动套接在承载板19上的连接杆7，连接杆7的上端固定有齿轮12，且齿轮12位于承载板19的上端，承载板19上设有移动槽18，移动槽18内的一端侧壁上固定有电动伸缩杆16，电动伸缩杆16的一端固定有移动块17，且移动块17位于移动槽18内，移动块17的上端固定有直齿条11，且直齿条11和齿轮12相啮合，连接杆7的下端固定有摄影器8，且摄影器8位于L型杆6的下端，电动伸缩杆16能推动移动块17在移动槽18内移动，从而使直齿条11往复移动，进而能使齿轮12往复转动，四个齿轮12共同配合，从而使四个摄影器8能对无人机四周环境进行精准监测，提供准确的信息。

本发明中，使用时，向无人机内的控制系统输入目标点的坐标，无人机内的控制系统根据无人机自身坐标点和目标点的坐标规划出飞行路线，从而方便无人机飞行，无人机在飞行时，地面基站获取其他无人机的飞行路径，将路径进行对比，从而筛选出，发生交集的无人机以及交集点并显示出来，提示地面工作人员注意，地面基站对无人机飞行速度、方向和高度进行调整，从而进行规避，无人机内设置有ADS-B模块，从而便于接受无人机飞行区域内的有人飞机飞行信息，从而进行规避，通过无人机上的摄影模块，能清晰了解到无人机飞行区域内的情况，从而便于分别障碍物，并且能精确测距，从而便于根据障碍物的情况进行调节，规避发生碰撞的可能，在飞行过程中，电动伸缩杆16能推动移动块17在移动槽18内移动，从而便于使直齿条11移动，直齿条11移动从而能使齿轮12转动，齿轮12转动从而能带动连接杆7转动，从而方便带动摄影器8和测距仪转动，进而方便清晰准确的进行拍摄并确定与无人机的之间的距离，从而方便进行规避，挡板5采用透明的亚克力板，能有效抵御冲击，从而保护摄影器8，在降落时，挡板5的下端抵触地面，同时通过L型杆6推动滑块15移动，滑块15移动会挤压第一弹簧14，从而进行缓冲，保证降落的平稳性，同时防撞护板1能有效进行防护，当防撞护板1受到冲击时，会首先挤压第二弹簧20，使第二弹簧20发生形变，从而使防撞护板1转动，进而有效抵消外界冲击，同时，防撞护板1会对移动杆23进行挤压，从而使移动杆23移动，进而挤压第三弹簧25，当碰撞来自一侧使，移动杆23能带动转动板27转动，进而更好的进行缓冲，从而保护无人机。

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

1.一种无人机飞行防撞方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种无人机飞行防撞方法，其特征在于，所述无人机自身位置坐标与无人机目标位置坐标通过GPS坐标点表示，所述无人机自身GPS坐标点与目标位置GPS坐标点进行连线，且该连线为飞行路径。

3.根据权利要求1所述的一种无人机飞行防撞方法，其特征在于，所述摄影模块采用RGBD相机，所述RGBD相机所拍摄图像中每个像素点均包括R、G、B像素信息和对应的深度信息。

4.根据权利要求1所述的一种无人机飞行防撞方法，其特征在于，所述物理测距模块采用激光测距仪。

5.根据权利要求1所述的一种无人机飞行防撞方法，其特征在于，所述有人飞机的飞行信息包括飞行的经纬度、高度、速度和飞行方向。

6.根据权利要求1所述的一种无人机飞行防撞方法，其特征在于，所述障碍物信息包括障碍物尺寸信息、移动方向、移动速度和所处高度。

7.一种无人机飞行防撞装置，包括机体（4），其特征在于：所述机体（4）的两侧均固定有两个连接柱（3），所述连接柱（3）的上端均安装有旋翼（2），所述连接柱（3）的下端设有凹槽（9），所述凹槽（9）内的相对侧壁上均设有滑槽（10），所述滑槽（10）内安装有滑块（15），两个滑块（15）之间共同固定有承载板（19），所述承载板（19）上设有缓冲装置，所述承载板（19）上设有调节装置，所述机体（4）的下端两侧均转动连接有转动板（27），所述转动板（27）的一侧设有豁口（28），所述豁口（28）内的相对侧壁上均设有连接槽（21），两个连接槽（21）内均安装有连接板（26），两个连接板（26）之间共同固定有移动杆（23），且移动杆（23）位于豁口（28）内，所述移动杆（23）的一侧转动连接有两个滑杆（24），两个滑杆（24）的一端均贯穿设有套筒（22），所述滑杆（24）的一端套设有第三弹簧（25），且第三弹簧（25）位于套筒（22）内，所述第三弹簧（25）的一端固定在套筒（22）内的一端侧壁上，且第三弹簧（25）的另一端固定在滑杆（24）的一端，两个套筒（22）的一端均转动连接在机体（4）的下端，且转动板（27）位于两个套筒（22）之间，所述移动杆（23）的一端转动连接有防撞护板（1），所述移动杆（23）的一侧固定有第二弹簧（20），且第二弹簧（20）的一侧固定在防撞护板（1）的一侧。

8.根据权利要求7所述的一种无人机飞行防撞装置，其特征在于，所述缓冲装置包括固定在承载板（19）下端一侧的L型杆（6），其中一个滑槽（10）内的相对侧壁上共同固定有竖杆（13），其中一个滑块（15）滑动套接在竖杆（13）上，所述竖杆（13）上套设有第一弹簧（14），所述第一弹簧（14）的上端固定在该滑槽（10）内的顶部，且第一弹簧（14）的下端固定在该滑块（15）的上端，所述L型杆（6）的下端一侧固定有挡板（5），且挡板（5）位于连接柱（3）的一侧。

9.根据权利要求7所述的一种无人机飞行防撞装置，其特征在于，所述调节装置包括转动套接在承载板（19）上的连接杆（7），所述连接杆（7）的上端固定有齿轮（12），且齿轮（12）位于承载板（19）的上端，所述承载板（19）上设有移动槽（18），所述移动槽（18）内的一端侧壁上固定有电动伸缩杆（16），所述电动伸缩杆（16）的一端固定有移动块（17），且移动块（17）位于移动槽（18）内，所述移动块（17）的上端固定有直齿条（11），且直齿条（11）和齿轮（12）相啮合，所述连接杆（7）的下端固定有摄影器（8），且摄影器（8）位于L型杆（6）的下端。

10.根据权利要求8所述的一种无人机飞行防撞装置，其特征在于，所述挡板（5）采用亚克力板制成。