本發(fā)明涉及無人機(jī)領(lǐng)域，具體涉及一種無人機(jī)避障裝置和方法。

背景技術(shù)：

目前的無人機(jī)超聲波避障方法，大多采用超聲波發(fā)射器向某一方向發(fā)射超聲波，遇到障礙物后進(jìn)行反射，接收器接收反射的超聲信號，獲取障礙物的位置信息，進(jìn)行避障?，F(xiàn)有的超聲避障設(shè)備大多只具有一個聲波發(fā)射器和一個接收器，難以識別不同方向的障礙物。

增加超聲波傳感器個數(shù)以及放置位置，能夠在一定程度上解決上述問題，但是由于發(fā)射聲波方向的單一性，仍然會存在探測盲區(qū)，無法做到全覆蓋。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是解決現(xiàn)有無人機(jī)超聲波避障裝置及方法存在探測盲區(qū)，無法全覆蓋障礙物的缺陷。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種無人機(jī)避障裝置及方法，以全實(shí)現(xiàn)覆蓋障礙物的目的。

第一方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種無人機(jī)避障裝置，所述裝置包括：超聲陣列探測模塊、信息處理模塊及飛行控制模塊，其中：

所述超聲陣列探測模塊包括發(fā)射換能器和接收換能器；

所述發(fā)射換能器設(shè)置于所述避障裝置的頂部中心位置或底部中心位置；

所述接收換能器設(shè)置于所述無人機(jī)四周的各個側(cè)面上；

所述信息處理模塊用于確定障礙物的位置信息；

所述飛行控制模塊根據(jù)所述障礙物的位置信息控制無人機(jī)進(jìn)行避障飛行。

進(jìn)一步地，所述接收換能器的數(shù)量為16-32個。

所述無人機(jī)包括所述無人機(jī)避障裝置。

第二方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種無人機(jī)避障方法，所述方法包括如下步驟：

發(fā)射換能器經(jīng)過驅(qū)動模塊驅(qū)動后，啟動工作并發(fā)射超聲信號；

接收換能器接收反射的超聲信號；

信息處理模塊接收經(jīng)所述接收換能器轉(zhuǎn)換后的電信號并對其進(jìn)行處理以確定障礙物的位置信息，并將所述障礙物的位置信息傳輸至飛行控制模塊；

所述飛行控制模塊根據(jù)所述障礙物的位置信息控制無人機(jī)進(jìn)行避障飛行。

優(yōu)選地，所述信息處理模塊對接收到的電信號進(jìn)行處理以確定障礙物的位置信息包括如下過程：

選取不在同一條直線上的4個接收傳感器a1、a2、a3、a4，以其中一個a1接收傳感器接收到反射的超聲信號的時間為基準(zhǔn)，分別計(jì)算出其他傳感器與之時間差τ12、τ13、τ14，l1、l2、l3、l4分別為障礙物點(diǎn)m與接收傳感器a1、a2、a3、a4之間的距離，假設(shè)障礙物點(diǎn)m的坐標(biāo)為(x,y,z)，接收源a1的坐標(biāo)為(0,0,0),接收源a2的坐標(biāo)為(a,0,0)，接收源a3的坐標(biāo)為(0,b,0)，接收源a4的坐標(biāo)為(c1,c2,0)，計(jì)算障礙物的坐標(biāo)方程如下：

解方程得，

其中，

計(jì)算得到障礙物相對于a1的位置后，再根據(jù)a1所在無人機(jī)的位置，可以推算出障礙物相對于無人機(jī)的位置信息。

本發(fā)明實(shí)施例提供的無人機(jī)避障裝置和方法具有以下有益效果：

使用超聲陣列的方法進(jìn)行探測障礙物，采用點(diǎn)聲源進(jìn)行全方位發(fā)射聲波，傳感器陣列接收聲波，避免了現(xiàn)有超聲避障裝置存在盲區(qū)的問題，使用傳感器陣列接收反射的超聲波可以獲得四周障礙物的位置。通過信息處理模塊得到障礙物的信息，傳送給無人機(jī)的飛行控制模塊，對無人機(jī)進(jìn)行控制，從而實(shí)現(xiàn)無人機(jī)自主避障的目地。

附圖說明

圖1為本發(fā)明一優(yōu)選實(shí)施例提供的無人機(jī)避障裝置各器件連接示意圖；

圖2為本發(fā)明一優(yōu)選實(shí)施例提供的無人機(jī)避障裝置立體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明一優(yōu)選實(shí)施例提供的無人機(jī)避障方法流程示意圖；

圖4為本發(fā)明一優(yōu)選實(shí)施例提供的無人機(jī)避障方法定位方法示意圖。

具體實(shí)施方式

下面通過附圖和實(shí)施例，對本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。

圖1為本發(fā)明一優(yōu)選實(shí)施例提供的無人機(jī)避障裝置各器件連接示意圖。如圖1所示，該避障裝置包括：電源模塊1、驅(qū)動模塊2、發(fā)射換能器3、接收換能器4、信息處理模塊5及飛行控制模塊6，其中：

驅(qū)動模塊2分別與電源模塊1及發(fā)射換能器3連接；

其中，接收換能器的數(shù)量為16-32個。

信息處理模塊5可以包括一微處理器，與接收換能器4連接并設(shè)置于避障裝置內(nèi)部；

飛行控制模塊6可以包括一微處理器，與信息處理模塊4連接并設(shè)置于避障裝置內(nèi)部。

其中，信息處理模塊5中的單片機(jī)及飛行控制模塊6中的單片機(jī)均為nvidiatk1，也可以為具有相同功能的微處理器。

無人機(jī)包括上述避障裝置。

圖2為本發(fā)明一優(yōu)選實(shí)施例提供的無人機(jī)避障裝置立體結(jié)構(gòu)示意圖。如圖2所示，該避障裝置的超聲陣列傳感器包括發(fā)射換能器3及接收換能器4。

其中：

發(fā)射換能器3是一個點(diǎn)聲源，位于無人機(jī)避障裝置頂部中心位置或頂部中心位置，向四周發(fā)射全向輻射聲波以達(dá)到發(fā)射聲波全方位覆蓋的效果。

接收換能器4由16-32個接收換能器組成，安裝在該無人機(jī)四周的各個側(cè)面上以接收無人機(jī)周圍反射的超聲信號。

圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的無人機(jī)避障方法流程圖。如圖3所示，該無人機(jī)進(jìn)行避障工作的步驟如下：

s1：接通電源模塊1，驅(qū)動模塊2啟動工作。

s2：發(fā)射換能器3經(jīng)過驅(qū)動模塊2驅(qū)動后，啟動工作并發(fā)射超聲信號。

s3：接收換能器4接收反射的超聲信號，并將該超聲信號轉(zhuǎn)換為電信號并傳輸至信息處理模塊5。

s4：信息處理模塊5對接收到的電信號進(jìn)行處理，采用渡越時間法，其原理是記錄發(fā)射換能器3的發(fā)射時間，接收電信號并判斷電信號到達(dá)的時間，確定聲波的往返時間從而確定障礙物的位置信息，轉(zhuǎn)化為障礙物的距離值和角度值以確定障礙物的位置信息并將障礙物的位置信息傳輸至飛行控制模塊6。

s5：飛行控制模塊6根據(jù)障礙物的位置信息控制無人機(jī)進(jìn)行避障飛行。

其中，信息處理模塊5采用渡越時間法對接收到的電信號進(jìn)行處理以確定障礙物的位置信息包括如下過程：

如圖4所示，選取不在同一條直線上的4個接收傳感器a1、a2、a3、a4，以其中一個a1接收傳感器接收到反射的超聲信號的時間為基準(zhǔn)，分別計(jì)算出其他傳感器與之時間差τ12、τ13、τ14，l1、l2、l3、l4分別為障礙物點(diǎn)m與接收傳感器a1、a2、a3、a4之間的距離，假設(shè)障礙物點(diǎn)m的坐標(biāo)為(x,y,z)，接收源a1的坐標(biāo)為(0,0,0),接收源a2的坐標(biāo)為(a,0,0)，接收源a3的坐標(biāo)為(0,b,0)，接收源a4的坐標(biāo)為(c1,c2,0)，計(jì)算障礙物的坐標(biāo)方程如下：

解方程得，

其中，

計(jì)算得到障礙物相對于a1的位置后，再根據(jù)a1所在無人機(jī)的位置，可以推算出障礙物相對于無人機(jī)的位置信息。

本發(fā)明一優(yōu)選實(shí)施例提供的無人機(jī)避障裝置及方法使用超聲陣列的方法進(jìn)行探測障礙物，采用點(diǎn)聲源進(jìn)行全方位發(fā)射聲波，傳感器陣列接收聲波，避免了現(xiàn)有超聲避障裝置存在盲區(qū)的問題，使用傳感器陣列接收反射的超聲波可以獲得四周障礙物的位置。通過信息處理模塊得到障礙物的信息，傳送給無人機(jī)的飛行控制模塊，對無人機(jī)進(jìn)行控制，從而實(shí)現(xiàn)無人機(jī)自主避障的目標(biāo)。

專業(yè)人員應(yīng)該還可以進(jìn)一步意識到，結(jié)合本文中所公開的實(shí)施例描述的各示例的單元及算法步驟，能夠以電子硬件、計(jì)算機(jī)軟件或者二者的結(jié)合來實(shí)現(xiàn)，為了清楚地說明硬件和軟件的可互換性，在上述說明中已經(jīng)按照功能一般性地描述了各示例的組成及步驟。這些功能究竟以硬件還是軟件方式來執(zhí)行，取決于技術(shù)方案的特定應(yīng)用和設(shè)計(jì)約束條件。專業(yè)技術(shù)人員可以對每個特定的應(yīng)用來使用不同方法來實(shí)現(xiàn)所描述的功能，但是這種實(shí)現(xiàn)不應(yīng)認(rèn)為超出本發(fā)明的范圍。

結(jié)合本文中所公開的實(shí)施例描述的方法或算法的步驟可以用硬件、處理器執(zhí)行的軟件模塊，或者二者的結(jié)合來實(shí)施。軟件模塊可以置于隨機(jī)存儲器(ram)、內(nèi)存、只讀存儲器(rom)、電可編程rom、電可擦除可編程rom、寄存器、硬盤、可移動磁盤、cd-rom、或技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)所公知的任意其它形式的存儲介質(zhì)中。

以上所述的具體實(shí)施方式，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施方式而已，并不用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。