TW201722784A - 聲納避障系統及方法，以及無人飛行器 - Google Patents

聲納避障系統及方法，以及無人飛行器 Download PDF

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Abstract

本發明涉及一種用於無人飛行器的聲納避障系統，包括馬達、聲納模組及控制板，該聲納模組設置在馬達上，隨馬達一起轉動，該控制板控制馬達的轉動，從而控制該聲納模組的探測方向。本發明還涉及一種無人飛行器及一種聲納避障方法。

Description

聲納避障系統及方法，以及無人飛行器
本發明涉及一種用於無人飛行器領域，尤其涉及一種用於無人飛行器的聲納避障系統及方法，以及無人飛行器。
在商用無人機領域，有效避障是無人機急於克服的障礙。目前市場上的無人機聲納模組有其方向性限制。在全方向性的避障系統中，通常需要裝設多達4~5個聲納模組，在每個方向上各設置至少一個聲納模組，實現各個方向上的避障偵測。而這些聲納模組價格昂貴，使無人機成本高昂，難以滿足市場的需求。另外，大量設置聲納模組也會增加無人機的體積和重量，降低無人機的續航能力。
有鑒於此，提供一種能夠解決上述問題的聲納避障系統及方法，以及無人飛行器實為必要。
一種用於無人飛行器的聲納避障系統，包括馬達、聲納模組及控制板，該聲納模組設置在馬達上，隨馬達一起轉動，該控制板控制馬達的轉動，從而控制該聲納模組的探測方向。
一種無人飛行器，包括飛行器機體、聲納避障系統及飛行控制器，該聲納避障系統及飛行控制器均設置在該飛行器機體，該聲納避障系統包括馬達、聲納模組及控制板，該聲納模組設置在馬達上，隨馬達一起轉動，該控制板控制馬達的轉動，從而控制該聲納模組的探測方向。
一種聲納避障方法，包括：S1，通過無人飛行器的飛行控制器接收轉向指令，在使該無人飛行器轉向前，將該轉向指令傳送至聲納避障系統的控制板；S2，該控制板根據該轉向指令中的目標飛行方向控制該聲納避障系統的馬達轉動，該聲納模組設置在馬達上，隨馬達一起轉動，從而使該聲納模組的探測方向轉至該目標飛行方向；S3，該聲納避障系統將該探測方向的探測結果回饋給該飛行控制器；以及S4，該飛行控制器根據該探測結果決定該無人飛行器是否轉向。
本發明由於該聲納模組的探測方向可以轉至該無人飛行器的目標飛行方向，因此可以僅通過一個聲納模組實現多方向探測，有利於降低聲納避障系統及無人飛行器的體積及重量，對無人飛行器飛行時間的電力延長也有一定的幫助，同時更大大地降低了聲納避障系統及無人飛行器的整體價格。
圖1為本發明實施例聲納避障系統連接關係示意圖。
圖2為本發明實施例聲納避障系統結構示意圖。
圖3為本發明實施例無人飛行器結構示意圖。
圖4為本發明實施例聲納避障方法的流程圖。
下面將結合附圖及具體實施例對本發明提供的聲納避障系統及方法，以及無人飛行器作進一步的詳細說明。
請參閱圖1及圖2，本發明實施例提供一種聲納避障系統100，包括馬達110、聲納模組120及控制板130。該聲納模組120設置在馬達110上，隨馬達110一起轉動，該控制板130控制馬達110的轉動，從而控制該聲納模組120的探測方向。具體地，該控制板130能夠接收該無人飛行器10的轉向指令，並根據該轉向指令中的目標飛行方向控制馬達110轉動，使該聲納模組120的探測方向轉至該目標飛行方向。
請一併參閱圖3，本發明實施例還提供一無人飛行器10，包括飛行器機體200、聲納避障系統100及飛行控制器300，該聲納避障系統100及飛行控制器300均設置在該飛行器機體200上，優選設置在該飛行器機體200的頂端或底端。該聲納避障系統100及該無人飛行器10可以僅具有一個聲納模組120。
該無人飛行器10在結構上具有一頭部和一尾部，該無人飛行器10具有一當前飛行方向和一目標飛行方向，該當前飛行方向為該無人飛行器10頭部的朝向，當該當前飛行方向與目標飛行方向不同時，該無人飛行器10將發生轉向，使當前飛行方向與該目標飛行方向一致，具體是該無人飛行器10的頭部的朝向發生轉向。
該聲納模組120能夠發出聲波，例如超聲波，並能夠接收達到障礙物後反射回來的聲波，根據發出聲波與收到反射的時間間隔判斷與障礙物的距離。該聲波的發出和接收方向為該聲納模組120的探測方向。
該馬達110具有一轉軸，該聲納模組120與該轉軸固定相連，轉軸轉動時帶動該聲納模組120同步轉動，從而實現對聲納模組120探測方向的控制。該馬達110的種類不限，可以是直流馬達、交流馬達或步進馬達等。本實施例中採用一伺服馬達。
該無人飛行器10的飛行控制器300可以接收來自遙控器或電腦地面站發出的轉向指令，並將該轉向指令傳送至該聲納避障系統100的控制板130。該控制板130是一搭載有微處理器晶片的積體電路板，能夠接收從飛行控制器300傳送的轉向指令，對無人飛行器10的目標飛行方向進行判斷，根據該目標飛行方向向馬達110傳輸一目標位置訊號，使該馬達110的轉軸轉動至預定的目標位置，從而使該聲納模組120的探測方向與該無人飛行器10的目標飛行方向一致。
具體地，該控制板130還可以接收來自馬達110轉軸的當前位置訊號，該馬達110轉軸的當前位置與該聲納模組120探測方向一致。該控制板130將該當前位置訊號與該目標位置訊號進行比較，當該當前位置訊號與該目標位置訊號一致時，則判斷該目標飛行方向與該探測方向一致，該控制板130不向馬達110傳輸目標位置訊號，該馬達110維持該轉軸的當前位置，使聲納模組120的探測方向保持不變。當該當前位置訊號與該目標位置訊號不一致時，則判斷該目標飛行方向與該探測方向不一致，該控制板130向該馬達110傳輸目標位置訊號，使該馬達110的轉軸轉至目標位置，則聲納模組120的探測方向隨該轉軸一併轉至與該目標飛行方向一致。
該聲納模組120能夠在該探測方向上進行探測，並將得到的與障礙物的距離訊號回饋給控制板130，該控制板130可預設一安全閾值，當該距離訊號處於該安全閾值時不向該飛行控制器300發出強制懸停訊號；當該距離訊號超過該安全閾值時，向該飛行控制器300傳送強制懸停訊號。該飛行控制器300根據該強制懸停訊號控制該無人飛行器10懸停，從而避免裝機危險。
該聲納避障系統100可進一步包括一殼體160及一聲納支架170，該馬達110及控制板130設置在該外殼160內部。該聲納支架170從外殼160內部伸出，一端與馬達110的轉軸連接，另一端與該聲納模組120連接，使該聲納模組120與該馬達110相連的同時暴露於殼體160外部，並可由馬達110帶動360度轉動。該聲納模組120的探測方向與馬達110轉軸垂直。
請參閱圖4，本發明實施例進一步提供一種聲納避障方法20，包括：
S1，通過所述無人飛行器10的飛行控制器300接收轉向指令，在使該無人飛行器10轉向前，將該轉向指令傳送至所述聲納避障系統100的該控制板130；
S2，該控制板130根據該轉向指令中的目標飛行方向控制該馬達110轉動，使該聲納模組120的探測方向轉至該目標飛行方向；
S3，該聲納避障系統100將該探測方向的探測結果回饋給該飛行控制器300；以及
S4，該飛行控制器300根據該探測結果決定該無人飛行器10是否轉向。
在該步驟S2中，該控制板130接收從飛行控制器300傳送的轉向指令，對無人飛行器10的目標飛行方向進行判斷，根據該目標飛行方向向馬達110傳輸一目標位置訊號，使該馬達110的轉軸轉動至預定的目標位置，從而使該聲納模組120的探測方向與該無人飛行器10的目標飛行方向一致。
該控制板130可以首先接收來自馬達110轉軸的當前位置訊號，並將該當前位置訊號與該目標位置訊號進行比較，當該當前位置訊號與該目標位置訊號一致時，則判斷該目標飛行方向與該探測方向一致，該控制板130不向馬達110傳輸目標位置訊號，該馬達110維持該轉軸的當前位置，使聲納模組120的探測方向保持不變；當該當前位置訊號與該目標位置訊號不一致時，則判斷該目標飛行方向與該探測方向不一致，該控制板130向該馬達110傳輸目標位置訊號，使該馬達110的轉軸轉至目標位置，則聲納模組120的探測方向隨該轉軸一併轉至與該目標飛行方向一致。
在該步驟S3中，該聲納模組120在轉至目標位置後，在該目標飛行方向上進行探測，並將得到的與障礙物的距離訊號回饋給控制板130，該控制板130可預設一安全閾值，當該距離訊號處於該安全閾值時不向該飛行控制器300發出強制懸停訊號；當該距離訊號超過該安全閾值時，向該飛行控制器300傳送強制懸停訊號。
在該步驟S3中，該飛行控制器300可預設一探測時間，在該探測時間內，當接收到該強制懸停訊號，則控制該無人飛行器10懸停，從而避免裝機危險；超過該探測時間未接收到該強制懸停訊號，則控制該無人飛行器10轉向至該目標飛行方向。
在本發明實施方式中，由於該聲納模組120的探測方向可以轉至該無人飛行器10的目標飛行方向，因此可以僅通過一個聲納模組120實現多方向探測，降低了聲納避障系統100及無人飛行器10的體積及重量，對無人飛行器10飛行時間的電力延長有一定的幫助，同時更大大地降低了聲納避障系統100的整體價格。
綜上所述，本發明確已符合發明專利之要件，遂依法提出專利申請。惟，以上所述者僅為本發明之較佳實施例，自不能以此限制本案之申請專利範圍。舉凡習知本案技藝之人士援依本發明之精神所作之等效修飾或變化，皆應涵蓋於以下申請專利範圍內。
10‧‧‧無人飛行器
100‧‧‧聲納避障系統
110‧‧‧馬達
120‧‧‧聲納模組
130‧‧‧控制板
140‧‧‧殼體
150‧‧‧聲納支架
200‧‧‧飛行器機體
300‧‧‧飛行控制器
無
10‧‧‧無人飛行器
100‧‧‧聲納避障系統
110‧‧‧馬達
120‧‧‧聲納模組
130‧‧‧控制板
300‧‧‧飛行控制器

Claims (8)

  1. 一種用於無人飛行器的聲納避障系統，包括聲納模組及控制板，其改進在於，進一步包括馬達，該聲納模組設置在馬達上，隨馬達一起轉動，該控制板控制馬達的轉動，從而控制該聲納模組的探測方向。
  2. 如請求項1所述用於無人飛行器的聲納避障系統，其中，該控制板根據無人飛行器的目標飛行方向控制馬達轉動，使該聲納模組的探測方向轉至該目標飛行方向。
  3. 如請求項1所述用於無人飛行器的聲納避障系統，其中，該聲納避障系統僅具有一個聲納模組。
  4. 如請求項1所述用於無人飛行器的聲納避障系統，其中，進一步包括一殼體及一聲納支架，該馬達及控制板設置在該外殼內部，該聲納支架從外殼內部伸出，一端與馬達的轉軸連接，另一端與該聲納模組連接，使該聲納模組與該馬達相連的同時暴露於殼體外部。
  5. 一種無人飛行器，包括飛行器機體、聲納避障系統及飛行控制器，該聲納避障系統及飛行控制器均設置在該飛行器機體，其改進在於，該聲納避障系統包括馬達、聲納模組及控制板，該聲納模組設置在馬達上，隨馬達一起轉動，該控制板控制馬達的轉動，從而控制該聲納模組的探測方向。
  6. 如請求項5所述無人飛行器，其中，該無人飛行器僅具有一個聲納模組。
  7. 一種聲納避障方法，包括：
    S1，通過無人飛行器的飛行控制器接收轉向指令，在使該無人飛行器轉向前，將該轉向指令傳送至聲納避障系統的控制板；
    S2，該控制板根據該轉向指令中的目標飛行方向控制該聲納避障系統的馬達轉動，該聲納模組設置在馬達上，隨馬達一起轉動，從而使該聲納模組的探測方向轉至該目標飛行方向；
    S3，該聲納避障系統將該探測方向的探測結果回饋給該飛行控制器；以及
    S4，該飛行控制器根據該探測結果決定該無人飛行器是否轉向。
  8. 如請求項7所述聲納避障方法，其中，該聲納模組在轉至目標位置後，在該目標飛行方向上進行探測，並將得到的與障礙物的距離訊號回饋給控制板，該控制板預設一安全閾值，當該距離訊號處於該安全閾值時不向該飛行控制器發出強制懸停訊號；當該距離訊號超過該安全閾值時，向該飛行控制器傳送強制懸停訊號。
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