本發(fā)明屬于自動控制技術(shù)領域，特別是涉及一種無人機、無人車和行走機器人的光學測距、障礙物規(guī)避等領域。

背景技術(shù)：

無人機是一種無線電遙控設備或自身程序控制裝置操縱的無人駕駛飛行器，在工作中一般由操作員操作無人機的飛行路徑。但由于無人機在低空飛行，會穿過很多復雜的障礙物，操作員在地面會難以精確觀測無人機的實際飛行狀況，容易撞到障礙物；在無人車和行走機器人工作時，要面對距離控制的問題?，F(xiàn)有的距離檢測裝置，都是針對一種設備進行距離檢測，這在很大程度上限制其適用范圍，導致其功能單一。

目前紅外測距已得到了廣泛的應用，傳統(tǒng)的紅外測距方法均為反射式測量方法，紅外發(fā)射器發(fā)出一束紅外光信號，該紅外光經(jīng)被測物體/障礙物反射后由紅外接收器接收，通過測量發(fā)射和接收紅外光的相位差即可解算出目標的距離。

發(fā)明人在實驗本發(fā)明的過程中，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有技術(shù)中至少存在以下的缺點和不足。

由于被檢測物體的反光度無法確定，導致被檢測距離本身存在一定的誤差。環(huán)境光中存在一定的紅外光部分，無法確定接收到的紅外信號是否為發(fā)射出的紅外光。反射光的只有少部分進入到接收器中，限制了測量的距離范圍，同時紅外測距系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)復雜，限制了測試系統(tǒng)的重量。

綜上所述，現(xiàn)有技術(shù)的障礙物避障方法在實際應用中，其效果并非很理想，尚有很多實用性的問題需要解決。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了實現(xiàn)無人機、無人車和行走機器人的光學測距及障礙物規(guī)避的功能，本發(fā)明提出了一種精準的距離測試紅外測距避讓障礙的系統(tǒng)。

一種用于無人機、無人車和行走機器人等智能設備的紅外測距及避障裝置，本發(fā)明包括殼體、紅外光發(fā)射模塊、設于殼體內(nèi)的紅外光發(fā)射透鏡組、設于殼體內(nèi)的紅外光接收透鏡組和以，驅(qū)動電路和光信號處理器組成，其特征在于：所述方法包括以下步驟。

紅外發(fā)射模塊處于發(fā)射端，接收到測量命令后，在驅(qū)動電路的協(xié)助下以電壓調(diào)制方式驅(qū)動紅外LED發(fā)出860 nm紅外線，經(jīng)紅外光發(fā)射透鏡組后，射向待測環(huán)境中。

紅外光在環(huán)境中傳播，途中遇到障礙物即被反射和散射。

光信號處理器接收到反射的紅外光后，與發(fā)出的光進行比相，獲取發(fā)射紅外光和接收紅外光的相位差，使用飛行時間法（Time of Flight，簡稱TOF）計算得到距離信息。

光信號處理器將相對距離值傳送給控制模塊，向所述用戶輸出報警提示或者向機械控制裝置輸出規(guī)避障礙物的合理參數(shù)，從而實現(xiàn)測距和避讓障礙物的功能。

本發(fā)明中，距離測量采用的測距算法為教課書中的常規(guī)技術(shù)。

本發(fā)明中，處理模塊為技術(shù)成熟的市售商品，由光電轉(zhuǎn)換電路、放大器等組成，實現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換、放大、輸入阻抗匹配、自動增益控制等功能。經(jīng)障礙物反射回來的紅外光波聚焦在CMOS上，使光信號轉(zhuǎn)換成電信號，經(jīng)阻抗變換放大器與主放大器耦合，由差動放大器作互補輸出。同時為了使接收系統(tǒng)保持穩(wěn)定工作狀態(tài)，依靠單片機，采用了較大范圍的自動增益控制，進行動態(tài)補償。

本發(fā)明中，殼體可以采用聚甲醛CNC精雕或丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物（ABS）3D打印制作，透鏡采用高透亞克力材料，也可以采用注塑工藝利用模具量產(chǎn)制備，適用于多種材料，如ABS、高密板（HDPE）等。整體布局簡單，降低了產(chǎn)品重量。

本發(fā)明發(fā)出的紅外線經(jīng)發(fā)射透鏡后射向障礙物，信號聚的更為集中，反射回來的紅外光經(jīng)接收透鏡聚光后信號更強，測距范圍為0.05 m-15 m，相對精度為±0.5%，所以適用范圍更廣。

以上所述的僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，本發(fā)明不限于以上實施例。可以理解，本領域技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的精神和構(gòu)思的前提下直接導出或聯(lián)想到的其他改進和變化，均應認為包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的工作原理示意圖。

圖2為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為本發(fā)明的外殼爆炸圖。

圖4為本發(fā)明紅外發(fā)射光路圖。

圖5為本發(fā)明的紅外接收光路圖。

具體實施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步地詳細描述。

圖1所示，本發(fā)明提供了一種用于無人機測距的裝置。包括殼體1、設于殼體內(nèi)的紅外光發(fā)射模塊2、紅外光發(fā)射透鏡組系統(tǒng)3、紅外光接收透鏡組4系統(tǒng)，和光信號處理器5組成。

紅外發(fā)射模塊2為可發(fā)出波長為860 nm的紅外線LED，其發(fā)光角度為10度,處理單元的感光芯片對860 nm的紅外光感應能力最強。860 nm紅外光在驅(qū)動電路的驅(qū)動下，將電脈沖轉(zhuǎn)換成紅外波束。

發(fā)射端發(fā)出的860 nm紅外光經(jīng)發(fā)射透鏡組3聚焦后發(fā)射到大氣中，發(fā)射透鏡組和接收透鏡組均鍍有860 nm的增透膜，該增透膜可以增加860 nm紅外光的透過率。

860 nm 紅外光在空氣中傳播，途中遇到障礙物即被反射。

反射回的紅外光經(jīng)接收透鏡組4聚光后聚焦于紅外光接收單元，在接收透鏡組均鍍有860 nm的濾波膜，只允許860 nm附近的光通過。

紅外光接收器收到反射光并將信號處理器將所述接收到的紅外光與發(fā)出的光進行比相，獲取發(fā)射紅外光和接收紅外光的相位差，計算得到相對距離。并將相對距離值傳送給控制模塊，實現(xiàn)無人機自動測距避讓障礙物的功能。