CN115246488B - 一种避障探测装置及其适配的无人机 - Google Patents

Abstract

本发明属于无人机避障探测技术领域，具体涉及一种避障探测装置及其适配的无人机，该无人机，包括机体，机体上设置有装配区，机体内部安装有飞行控制器。本发明，在使激光雷达进行扫描探测时，通过驱动模块和自转模块的设计，使得移动至机体上部或下部的激光雷达自行转动，进行全方位的扫描探测，能够同时兼顾无人机上部与下部的扫描探测，增加扫描的准确性，同时降低了结构的复杂度，减小了体积，提升了无人机的续航时间；激光雷达在环形调节件上移动的过程中，通过通电部，使得激光雷达始终保持电量的供给以及信号的传递，降低了连接导线的困难度，减小的结构的复杂度，保障了扫描探测障碍物的稳定性。

Description

一种避障探测装置及其适配的无人机

技术领域

本发明属于无人机避障探测技术领域，具体涉及一种避障探测装置及其适配的无人机。

背景技术

无人机是由人工进行全程操控，无人机在飞行过程中，需要与障碍物保持一定的净空距离，由于视角误差，操作人员很难判断飞行过程中无人机距离障碍物是否满足要求，为了保证飞行安全性，操作人员需要高度专注，在视野有遮挡的情况下更难保证飞行的安全性，这时需要有避障探测装置帮助操作人员判断距离、预估风险。

目前，通常采取的方式为，在无人机上安装多个激光雷达，实现全覆盖，但是会增加无人机的重量，不利于无人机的飞行，同时增加无人机的成本，或者是，安装一个激光雷达，配合多轴转动机构实现周期扫描，但是，多轴转动机构结构复杂、成本较高、体积大，调试难度较大，并不能同时兼顾无人机的上部与下部的探测，易存在探测漏洞。

如公开号为CN113138397A的中国专利，公开了一种无人机避障装置及无人机，包括无人机本体以及设置在所述无人机本体上的机载控制器、转动机构和单线激光雷达，所述机载控制器分别与所述转动机构和所述单线激光雷达电连接，所述单线激光雷达固定于所述转动机构上，所述机载控制器用于控制所述转动机构驱动所述单线激光雷达相对无人机本体进行周期转动并扫描，所述单线激光雷达的转动方向与扫描方向相，虽然实现的周期性扫描覆盖，但是结构较为复杂，且由于机身阻隔的影响，该激光雷达均不能对无人机下部进行探测，尤其是无人机在执行下飞时，易存在探测漏洞。

发明内容

本发明的目的是提供一种避障探测装置及其适配的无人机，能够同时兼顾无人机上部与下部的扫描探测，以提升探测的范围，增加扫描的准确性，同时整体配置更为简单，通用性更强。

本发明采取的技术方案具体如下：

一种无人机，包括机体，所述机体上设置有装配区，所述机体内部安装有飞行控制器；还包括：

环形调节件，所述环形调节件通过装配区装配在机体上，所述环形调节件的内部滑动连接有传动件；

避障探测装置，所述避障探测装置包括两个激光雷达，两个所述激光雷达装配在环形调节件内部并与传动件相连接，且两个所述激光雷达以环形调节件的中心位置成中心对称分布，所述激光雷达上安装有电滑环；

驱动模块，所述驱动模块安装在机体上，所述驱动模块与所述传动件相连接，用于驱动所述传动件在环形调节件的内部运动；

自转模块，所述自转模块装配在激光雷达上，所述环形调节件的上下两侧均设置有齿条，所述自转模块与齿条相啮合，且所述自转模块的下端装配有连接部，所述连接部与传动件相连接；

其中，所述连接部上设置有与激光雷达相连接的通电部，所述环形调节件的内侧设置有与通电部相接触的环形触片，且所述环形触片通过一导线连接在无人机的飞行控制器上。

在一种优选方案中，所述环形调节件包括两个直滑轨和至少两个弧形滑轨，所述弧形滑轨与直滑轨相互插接形成闭环轨道。

在一种优选方案中，其特征在于：所述传动件为齿轮带，且所述齿轮带的首尾相连包覆在闭环轨道的内部，且所述齿轮带上带齿的一侧朝向驱动模块。

在一种优选方案中，所述驱动模块包括安装在机体上的微型马达，所述微型马达的输出轴上固定连接有直齿轮a，其中，所述闭环轨道的内侧开设一通槽，所述直齿轮a的齿牙穿过通槽并与齿轮带相啮合。

在一种优选方案中，所述连接部的两侧均安装有自洁件，当所述激光雷达移动时，所述自洁件对闭环轨道进行维护。

在一种优选方案中，所述自转模块包括直齿轮b以及锁定部，所述直齿轮b固定在电滑环的外侧且位于连接部的上方，所述直齿轮b与齿条啮合连接，所述锁定部设置在连接部的外侧且位于直齿轮b的下方。

在一种优选方案中，所述锁定部包括两个固定块、两个滑杆、圆弧块、两个压簧和卡块，两个所述固定块分别固定在连接部的两侧，两个所述滑杆分别滑动连接在两个固定块的内部，所述圆弧块固定在两个滑杆的一端，两个所述压簧分别设置在两个滑杆的外侧且位于固定块与圆弧块之间，所述卡块固定在两个滑杆远离圆弧块的一端，所述卡块与直齿轮b卡接。

在一种优选方案中，所述通电部包括固定在连接部内部注塑件，所述注塑件的内部设置有多个弹性触头，所述弹性触头的一端与所述环形触片相接触，所述弹性触头的另一端通过导线与电滑环相连接。

一种避障探测装置，用于上述无人机，该避障探测装置包括两个激光雷达，所述激光雷达靠近机体的一侧安装有电滑环，所述电滑环包括定子和转子，所述电滑环转子的上部与激光雷达固定连接，且所述电滑环转子的下部与直齿轮b固定连接，所述电滑环的定子与连接部固定连接，所述电滑环通过导线与弹性触头相连接。

本发明取得的技术效果为：

本发明，在激光雷达进行扫描探测时，启动驱动模块，使得激光雷达在环形调节件的表面循环的移动，并在激光雷达移动的过程中，通过自转模块，使得移动至机体上部或下部的激光雷达自行转动，进行全方位的扫描探测，同时在激光雷达移动至机体的前部或后部，通过锁定部，对激光雷达进行锁定，降低机翼对其的影响，以提升前部或后部扫描探测的稳定性，能够同时兼顾无人机上部与下部的扫描探测，增加扫描的准确性；

本发明，在激光雷达在环形调节件上移动的过程中，通过通电部，使得激光雷达始终保持电量的供给以及信号的传递，降低了连接导线的困难度，减小的结构的复杂度，保障了扫描探测障碍物的稳定性。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是本发明激光雷达、环形调节件、微型马达和直齿轮a连接的结构示意图；

图3是本发明环形调节件与激光雷达分离的结构示意图；

图4是本发明的爆炸图；

图5是本发明的剖视图；

图6是本发明图5中A处的放大图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1、机体；2、激光雷达；3、传动件；4、电滑环；5、齿条；6、连接部；7、环形触片；8、自洁件；

10、环形调节件；11、弧形滑轨；12、直滑轨；

20、驱动模块；21、微型马达；22、直齿轮a；

30、自转模块；31、直齿轮b；

40、锁定部；41、固定块；42、滑杆；43、圆弧块；44、压簧；45、卡块；

50、通电部；51、弹性触头。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个较佳的实施方式中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选地与其他实施例互相排斥的实施例。

再其次，本发明结合示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。

实施例一

请参阅附图1至图4所示，为本发明第一个实施例，该实施例提供了一种无人机，包括机体1，机体1上设置有装配区，装配区可以是开设的槽口或增设的凸起，机体1内部安装有飞行控制器；

还包括环形调节件10、避障探测装置、驱动模块20和自转模块30；

环形调节件10通过装配区装配在机体1上，环形调节件10的内部滑动连接有传动件3，避障探测装置包括两个激光雷达2，两个激光雷达2装配在环形调节件10内部并与传动件3相连接，且两个激光雷达2以环形调节件10的中心位置成中心对称分布，激光雷达2上安装有电滑环4，驱动模块20安装在机体1上，驱动模块20与传动件3相连接，用于驱动传动件3在环形调节件10的内部运动，自转模块30装配在激光雷达2上，环形调节件10的上下两侧均设置有齿条5，自转模块30与齿条5相啮合，且自转模块30的下端装配有连接部6，连接部6与传动件3相连接。

具体的，在使激光雷达2进行扫描探测障碍物时，启动驱动模块20，带动传动件3在环形调节件10的内部移动，使得激光雷达2在环形调节件10的表面循环的移动，并在激光雷达2移动的过程中，通过自转模块30与齿条5的相啮合，使得移动至机体1上部或下部的激光雷达2自行转动，进行全方位的扫描探测，能够同时兼顾无人机上部与下部的扫描探测。

在一个较佳的实施方式中，请参阅图2和图3，环形调节件10包括两个直滑轨12和至少两个弧形滑轨11，弧形滑轨11与直滑轨12相互插接形成闭环轨道。

在该实施方式中，可在安装环形调节件10，可根据不同的无人机选用不同规格的弧形滑轨11与直滑轨12，以满足不同无人机的安装需求，同时，组装的安装方式，可降低安装的困难，提升了适应性，具体的弧形滑轨11和直滑轨12之间的连接可以选用插柱与插槽的过盈配合的方式，其中，插柱可以固定在弧形滑轨11或直滑轨12的一端，而滑槽则开设在弧形滑轨11或直滑轨12的另一端，当然为了增强稳定性，也可以直接选用螺钉固定式，具体的选择，在此就不再做具体赘述了。

其次，请参阅图3和图5，传动件3为齿轮带，且齿轮带的首尾相连包覆在闭环轨道的内部，且齿轮带上带齿的一侧朝向驱动模块20，其中，齿轮带上的卡齿分布在齿轮带的中部，即两侧为平整结构，闭环轨道内部至少还装配有用于支撑传动件3的支撑结构，该支撑结构可以是两个对称的隔板，且两个隔板之间设有为卡齿提供移动空间的间隔，用于降低卡齿与隔板的直接磨损。

上述，在安装时，通过条状的齿轮带，相对于传统圆环状的齿轮带，安装的方式更加方便，更能适应不同的无人机，提升安装的效率，具体的，齿轮带从条状转换为环状只需将齿轮带的收尾收紧固定即可，实际的固定方式可以是粘接、卡接等方式。

再其次，请再次参阅图3和图5，驱动模块20包括安装在机体1上的微型马达21，微型马达21的输出轴上固定连接有直齿轮a22，其中，闭环轨道的内侧开设一通槽，直齿轮a22的齿牙穿过通槽并与齿轮带相啮合。

上述，在使激光雷达2在环形调节件10上循环移动时，启动微型马达21，带动直齿轮a22的转动，进而使得直齿轮a22带动齿轮带在环形调节件10的内部移动，从而带动激光雷达2在环形调节件10上移动，使得激光雷达2进行周期性的全方位扫描探测。

再其次，请一并参阅图5和图6，自转模块30包括直齿轮b31以及锁定部40，直齿轮b31固定在电滑环4的外侧且位于连接部6的上方，直齿轮b31与齿条5啮合连接，锁定部40设置在连接部6的外侧且位于直齿轮b31的下方。

上述，在使激光雷达2在环形调节件10上循环移动的同时，当激光雷达2移动至机体1的上部或下部时，直齿轮b31与齿条5接触时，锁定部40取消对直齿轮b31的限定，在激光雷达2继续移动时，通过直齿轮b31与齿条5的啮合，使得激光雷达2转动，使得激光雷达2在机体1的上部或下部进行全方位的扫描探测，当激光雷达2移动至机体1的前部或后部时，通过锁定部40对激光雷达2进行限定，避免激光雷达2产生转动，保障激光雷达2扫描探测障碍物的准确性。

再其次，请一并参阅图4至图6，锁定部40包括两个固定块41、两个滑杆42、圆弧块43、两个压簧44和卡块45，两个固定块41分别固定在连接部6的两侧，两个滑杆42分别滑动连接在两个固定块41的内部，圆弧块43固定在两个滑杆42的一端，两个压簧44分别设置在两个滑杆42的外侧且位于固定块41与圆弧块43之间，卡块45固定在两个滑杆42远离圆弧块43的一端，卡块45与直齿轮b31卡接。

需要说明的是，当圆弧块43与齿条5接触时，使得圆弧块43受力靠近固定块41，进而使卡块45远离直齿轮b31并取消对直齿轮b31的限定，同时使得压簧44受力压缩产生弹力，当圆弧块43远离齿条5时，通过压簧44的弹力，使得卡块45靠近直齿轮b31，进而使卡块45对直齿轮b31进行限定，使得激光雷达2运行至两侧位置时，不再旋转，进而使其扫描过程更稳定，降低旋翼对其的影响，另外，根据实际情况，也可选择使其旋转，使用方式只需在环形滑轨12上增加齿条5即可。

上述，在使激光雷达2在环形调节件10上循环移动，直齿轮b31与齿条5接触时，齿条5推动圆弧块43移动，使得卡块45取消对直齿轮b31的限定，使得直齿轮b31可被齿条5带动旋转，以保障激光雷达2在机体1上部或下部的全方位扫描，当激光雷达2移动至机体1的前部或后部，齿条5与直齿轮b31分离，齿条5取消对圆弧块43的挤压时，使得卡块45靠近直齿轮b31，对直齿轮b31进行限定，避免激光雷达2在机体1的前部或后部发生转动，以降低无人机旋翼杆对激光雷达2扫描探测造成的影响，以提升准确性。

实施例二

请参阅附图5和图6所示，为本发明第二个实施例，该实施例提供了一种无人机，还包括通电部50，通电部50设置在连接部6上且与激光雷达2相连接，环形调节件10的内侧设置有与通电部50相接触的环形触片7，且环形触片7通过一导线连接在无人机的飞行控制器上。

需要说明的是，电滑环4包括定子和转子，电滑环4转子的上部与激光雷达2固定连接，且电滑环4转子的下部与直齿轮b31固定连接，电滑环4的定子与连接部6固定连接，电滑环4通过导线与弹性触头51相连接。

值得一提的是，电滑环4就是负责为旋转体连通、输送能源与信号的电气部件，旋转部分连接设备的旋转结构并随之旋转运动，称为“转子”，静止部分连接设备的固定结构的能源，称为“定子”，电滑环4整体依靠弹力搭接原理、滚动搭接原理、或密封原理，以及巧妙的运动结构与密封结构设计、精密的零件制作配合、合理的选材等，构成稳定可靠的旋转连通系统，只要将电滑环4附着于无限旋转的设备上，就可以给旋转体提供动力能源，使旋转体在无限旋转运动的同时，还能进行其它运动、或检测旋转状态下的工作状况，在航天设备、雷达通讯设备、自动加工设备、智能摄像头、旋转门、测量仪、航模等广泛应用，在此，不再过度赘述。

具体的，在激光雷达2移动的过程中，通过通电部50与激光雷达2的连接，通电部50与环形触片7相接触，使得飞行控制器与激光雷达2电性连接，进而使得激光雷达2始终保持电量的供给以及信号的传递。

在一个较佳的实施方式中，请参阅图5和图6，通电部50包括固定在连接部6内部注塑件，注塑件的内部设置有多个弹性触头51，弹性触头51的一端与环形触片7相接触，弹性触头51的另一端通过导线与电滑环4相连接。

再进一步地，连接部6的两侧均安装有自洁件8，当激光雷达2移动时，自洁件8对闭环轨道进行维护，使得在激光雷达2循环移动的过程中，对环形触片7表面和环形调节件10粘附的灰尘杂质进行清理，以保障环形触片7与弹性触头51电性连接的稳定性，以及激光雷达2移动的稳定性。

在该实施方式中，在激光雷达2移动的过程中，弹性触头51始终与环形触片7相接触，以保障环形触片7与电滑环4的保障电性的连接，在激光雷达2旋转时，通过电滑环4与激光雷达2的电性连接，以保障电量的供给以及信号传递。

实施列三

为本发明第三个实施例，该实例是基于前两个实施例作出的。

一种避障探测装置，用于上述无人机，该避障探测装置包括两个激光雷达2，激光雷达2靠近机体1的一侧安装有电滑环4，电滑环4包括定子和转子，电滑环4转子的上部与激光雷达2固定连接，且电滑环4转子的下部与直齿轮b31固定连接，电滑环4的定子与连接部6固定连接，电滑环4通过导线与弹性触头51相连接。

在该实施方式中，通过安装的电滑环4，使得激光雷达2进行自转扫描探测时，以保障激光雷达2电量的供给以及信号传递，进而保障避障探测装置的正常运行。

本发明的工作原理为：在使激光雷达2进行扫描探测障碍物时，启动驱动模块20，带动传动件3在环形调节件10的内部移动，使得激光雷达2在环形调节件10的表面循环的移动，并在激光雷达2移动的过程中，通过自转模块30与齿条5的相啮合，使得移动至机体1上部或下部的激光雷达2自行转动，进行全方位的扫描探测，能够同时兼顾无人机上部与下部的扫描探测，增加扫描的准确性，同时降低了结构的复杂度，减小了体积，提升了无人机的续航时间，在激光雷达2移动的过程中，通过通电部50与激光雷达2的连接，通电部50与环形触片7相接触，使得飞行控制器与激光雷达2电性连接，进而使得激光雷达2始终保持电量的供给以及信号的传递，降低了接线的困难度，减小的结构的复杂度，保障了扫描探测障碍物的稳定性。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本发明中未具体描述和解释说明的结构、装置以及操作方法，如无特别说明和限定，均按照本领域的常规手段进行实施。

Claims (9)

1.一种无人机，包括机体（1），所述机体（1）上设置有装配区，所述机体（1）内部安装有飞行控制器；其特征在于，还包括：

环形调节件（10），所述环形调节件（10）通过装配区装配在机体（1）上，所述环形调节件（10）的内部滑动连接有传动件（3）；

避障探测装置，所述避障探测装置包括两个激光雷达（2），两个所述激光雷达（2）装配在环形调节件（10）内部并与传动件（3）相连接，且两个所述激光雷达（2）以环形调节件（10）的中心位置成中心对称分布，所述激光雷达（2）上安装有电滑环（4）；

驱动模块（20），所述驱动模块（20）安装在机体（1）上，所述驱动模块（20）与所述传动件（3）相连接，用于驱动所述传动件（3）在环形调节件（10）的内部运动；

自转模块（30），所述自转模块（30）装配在激光雷达（2）上，所述环形调节件（10）的上下两侧均设置有齿条（5），所述自转模块（30）与齿条（5）相啮合，且所述自转模块（30）的下端装配有连接部（6），所述连接部（6）与传动件（3）相连接；

其中，所述连接部（6）上设置有与激光雷达（2）相连接的通电部（50），所述环形调节件（10）的内侧设置有与通电部（50）相接触的环形触片（7），且所述环形触片（7）通过一导线连接在无人机的飞行控制器上。

2.根据权利要求1所述的一种无人机，其特征在于：所述环形调节件（10）包括两个直滑轨（12）和至少两个弧形滑轨（11），所述弧形滑轨（11）与直滑轨（12）相互插接形成闭环轨道。

3.根据权利要求2所述的一种无人机，其特征在于：所述传动件（3）为齿轮带，且所述齿轮带的首尾相连包覆在闭环轨道的内部，且所述齿轮带上带齿的一侧朝向驱动模块（20）。

4.根据权利要求3所述的一种无人机，其特征在于：所述驱动模块（20）包括安装在机体（1）上的微型马达（21），所述微型马达（21）的输出轴上固定连接有直齿轮a（22），其中，所述闭环轨道的内侧开设一通槽，所述直齿轮a（22）的齿牙穿过通槽并与齿轮带相啮合。

5.根据权利要求2所述的一种无人机，其特征在于：所述连接部（6）的两侧均安装有自洁件（8），当所述激光雷达（2）移动时，所述自洁件（8）对闭环轨道进行维护。

6.根据权利要求1所述的一种无人机，其特征在于：所述自转模块（30）包括直齿轮b（31）以及锁定部（40），所述直齿轮b（31）固定在电滑环（4）的外侧且位于连接部（6）的上方，所述直齿轮b（31）与齿条（5）啮合连接，所述锁定部（40）设置在连接部（6）的外侧且位于直齿轮b（31）的下方。

7.根据权利要求6所述的一种无人机，其特征在于：所述锁定部（40）包括两个固定块（41）、两个滑杆（42）、圆弧块（43）、两个压簧（44）和卡块（45），两个所述固定块（41）分别固定在连接部（6）的两侧，两个所述滑杆（42）分别滑动连接在两个固定块（41）的内部，所述圆弧块（43）固定在两个滑杆（42）的一端，两个所述压簧（44）分别设置在两个滑杆（42）的外侧且位于固定块（41）与圆弧块（43）之间，所述卡块（45）固定在两个滑杆（42）远离圆弧块（43）的一端，所述卡块（45）与直齿轮b（31）卡接。

8.根据权利要求1所述的一种无人机，其特征在于：所述通电部（50）包括固定在连接部（6）内部注塑件，所述注塑件的内部设置有多个弹性触头（51），所述弹性触头（51）的一端与所述环形触片（7）相接触，所述弹性触头（51）的另一端通过导线与电滑环（4）相连接。

9.一种避障探测装置，适配于权利要求1-8中的任一项所述无人机上，该避障探测装置包括两个激光雷达（2），所述激光雷达（2）靠近机体（1）的一侧安装有电滑环（4），所述电滑环（4）包括定子和转子，所述电滑环（4）转子的上部与激光雷达（2）固定连接，且所述电滑环（4）转子的下部与直齿轮b（31）固定连接，所述电滑环（4）的定子与连接部（6）固定连接，所述电滑环（4）通过导线与弹性触头（51）相连接。

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