一种旋翼型无人机自动避障装置的制造方法
一种旋翼型无人机自动避障装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明属于无人机技术领域，具体涉及一种旋翼型无人机自动避障装置。
【背景技术】
[0002]随着技术进步和国家对低空领域民用用途的开放，无人机进入一个崭新的发展阶段，然而飞行安全始终是无人机设计中一个重要方面。无人机飞行中遇到障碍物尤其是着陆过程中，如何避免较大冲量作用从而保护无人机是一个必须要考虑的问题。
[0003]目前有很多这方面的研宄，比如张显志提出的无人机弹簧脚架技术，张林等提出的一种无人机滑橇着陆系统落震试验平台，兰文博等提出的一种小型轮式起降无人机地面回收用减速装置，还有众多的基于视觉模型等的自主着陆算法。这些方法都可以较好达到减震效果。但也存在机械结构复杂、算法复杂或实时性欠佳等不足。
[0004]目前无人机的飞行速度一般较低，特别是旋翼型无人机，时速多在I?20m/s以内。在着陆阶段无人机的速度更低，一般在3m/s以下。在旋翼型无人机遇到障碍物或在着陆阶段，如何为旋翼型无人机提供准确的距离信息保证飞行安全是目前亟待解决的问题。
【发明内容】
[0005]为了解决现有的避障装置存在的结构复杂、算法复杂、实时性不强的问题，本发明提供一种旋翼型无人机自动避障装置。
[0006]本发明为解决技术问题所采用的技术方案如下:
[0007]本发明的一种旋翼型无人机自动避障装置，包括:
[0008]与无人机飞控系统相连的信号处理器，接收无人机飞控系统发送的控制命令；
[0009]与信号处理器相连的驱动器，接收信号处理器发送的距离探测信号；
[0010]与驱动器相连的超声波发射器，接收驱动器的驱动信号，发射超声波；
[0011]与驱动器相连的超声波接收器，接收所述超声波发射器发射的超声波经障碍物反射的回波；
[0012]与超声波接收器相连的模数转换器，接收所述超声波接收器发送的模拟信号并将其转换为数字信号并发送给信号处理器，所述信号处理器将此数字信号解析为距离量并将其反馈给无人机飞控系统，无人机飞控系统根据此距离量和当前旋翼型无人机的飞行状态控制旋翼型无人机的旋翼速度和方向，使旋翼型无人机避开障碍物。
[0013]进一步的，所述超声波发射器与超声波接收器成对安装，且超声波发射器的发射方向与超声波接收器的接收方向指向相同。
[0014]进一步的，所述驱动器用于给超声波发射器和超声波接收器供能。
[0015]进一步的，所述无人机飞控系统根据此距离量和当前旋翼型无人机的飞行状态控制旋翼型无人机的旋翼速度和方向，使旋翼型无人机避开障碍物的具体过程如下:无人机飞控系统对此距离量与安全限定值之间的大小关系进行判断:当距离量小于安全限定值时，无人机飞控系统对旋翼型无人机当前飞行状态进行判断:如果处于飞行状态则启动绕障程序，提高距离量在控制中占有的比重和优先级；如果处于降落状态则自动减速，直到以旋翼型无人机能承受的冲击力着陆，使旋翼型无人机避开障碍物；当距离量大于安全限定值时，无人机飞控系统按照当前控制状态继续控制无人机进行动作；
[0016]若没有遇到障碍物，则超声波发射器发射的超声波并不会反射回波，此时，超声波接收器、模数转换器和信号处理器不工作，信号处理器不会给无人机飞控系统反馈任何信息，此时，无人机飞控系统按照当前控制状态继续控制无人机进行动作。
[0017]进一步的，根据探测需求，将一个旋翼型无人机自动避障装置安装在旋翼型无人机的一个探测方向上，或者，将多个旋翼型无人机自动避障装置安装在旋翼型无人机的各个探测方向上。
[0018]本发明的有益效果是:
[0019]1、本发明采用超声波发射器发射超声波，同时采用超声波接收器接收回波，超声波发射器和超声波接收器的有效探测距离在1m左右，电子学处理时间在毫秒量级，可以忽略不计，这样就有2?3s的缓冲时间，超声波距离探测器虽然存在探测距离有限，特别是民用产品，极限探测距离在8m以下，但由于无人机的飞行速率低，且只需要在靠近障碍物时提供相关距离信息，因此可以很好的避免超声波发射器和超声波接收器探测距离有限的缺点。
[0020]2、超声波发射器和超声波接收器具有体积小、重量轻、功耗低、价格低廉、响应速率快和信号处理电路简单等特点，非常适合用于无人机避障系统设计，从而使得本发明的避障装置结构简单、功耗低。
[0021]3、本发明的避障装置，在无人机遇到障碍物或着陆阶段提供快速准确的距离信息。
[0022]4、本发明的避障装置，在无人机在遇到障碍物或着陆时，提高距离信息所占的控制权比重，保障飞行安全。
【附图说明】
[0023]图1为本发明的一种旋翼型无人机自动避障装置的结构示意图。
[0024]图2为本发明的一种旋翼型无人机自动避障装置的控制策略示意图。
[0025]图中:1、超声波发射器，2、超声波接收器，3、驱动器，4、模数转换器，5、信号处理器，6、超声波，7、回波，8、障碍物。
【具体实施方式】
[0026]以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
[0027]本发明的一种旋翼型无人机自动避障装置，在旋翼型无人机飞行中可以起到自动避障作用。根据探测需求，可以采用一个旋翼型无人机自动避障装置或者采用多个旋翼型无人机自动避障装置同时安装的形式，也就是说根据探测的具体要求，可以将一个旋翼型无人机自动避障装置安装在旋翼型无人机的一个探测方向上，或者，将多个旋翼型无人机自动避障装置安装在旋翼型无人机的多个探测方向上，例如:将两个旋翼型无人机自动避障装置同时安装在前向飞行方向和下视降落方向上，用于这两个方向上的探测。
[0028]如图1所示，本发明的一种旋翼型无人机自动避障装置，包括:超声波发射器1、超 声波接收器2、驱动器3、模数转换器4和信号处理器5。
[0029]信号处理器5与旋翼型无人机的飞控系统相连，驱动器3和模数转换器4分别与信号处理器5相连，驱动器3与超声波发射器I和超声波接收器2相连，驱动器3用于给超声波发射器I和超声波接收器2供能，同时驱动器3用于驱动超声波发射器I发射超声波6，模数转换器4与超声波接收器2相连，超声波发射器I与超声波接收器2成对安装，且超声波发射器I的发射方向与超声波接收器2的接收方向指向相同。
[0030]如图2所示，上电后进行初始化操作，之后保持不间断距离探测，即旋翼型无人机的飞控系统向信号处理器5发送控制命令，信号处理器5接收到控制命令后向驱动器3发送距离探测信号，驱动器3接收到距离探测信号后向超声波发射器I发送驱动信号，驱动超声波发射器I发射超声波6。
[0031]若遇到障碍物8，则超声波发射器I发射的超声波6经障碍物8反射的回波7由超声波接收器2接收，模数转换器4接收超声波接收器2发送的模拟信号并将其转换为数字信号，信号处理器5接收模数转换器4发送的数字信号并将其解析为距离量，信号处理器5将获得的距离量反馈给旋翼型无人机的飞控系统，旋翼型无人机的飞控系统根据距离量和当前旋翼型无人机的飞行状态控制旋翼型无人机的旋翼速度和方向，使旋翼型无人机避开障碍物8，具体的过程如下:旋翼型无人机的飞控系统对此距离量与安全限定值之间的大小关系进行判断:当距离量小于安全限定值时，旋翼型无人机的飞控系统对旋翼型无人机当前飞行状态进行判断:如果处于飞行状态则启动绕障程序，提高距离量在控制中占有的比重和优先级；如果处于降落状态则自动减速，直到以旋翼型无人机能承受的冲击力着陆，使旋翼型无人机避开障碍物8 ;当距离量大于安全限定值时，旋翼型无人机的飞控系统会按照当前控制状态继续控制无人机进行接下来的各种动作。
[0032]若没有遇到障碍物8，则超声波发射器I发射的超声波6并不会反射回波7，此时，超声波接收器2、模数转换器4和信号处理器5不工作，信号处理器5不会给旋翼型无人机的飞控系统反馈任何信息，因此，旋翼型无人机的飞控系统会按照当前控制状态继续控制无人机进行接下来的各种动作。
【主权项】
1.一种旋翼型无人机自动避障装置，其特征在于，包括: 与无人机飞控系统相连的信号处理器(5)，接收无人机飞控系统发送的控制命令； 与信号处理器(5)相连的驱动器(3)，接收信号处理器(5)发送的距离探测信号； 与驱动器⑶相连的超声波发射器(I)，接收驱动器⑶的驱动信号，发射超声波(6); 与驱动器(3)相连的超声波接收器(2)，接收所述超声波发射器(I)发射的超声波(6)经障碍物⑶反射的回波(7); 分别与超声波接收器(2)和信号处理器(5)相连的模数转换器(4)，接收所述超声波接收器(2)发送的模拟信号并将其转换为数字信号，所述信号处理器(5)将此数字信号解析为距离量并将其反馈给无人机飞控系统，无人机飞控系统根据此距离量和当前旋翼型无人机的飞行状态控制旋翼型无人机的旋翼速度和方向，使旋翼型无人机避开障碍物(8)。2.根据权利要求1所述的一种旋翼型无人机自动避障装置，其特征在于，所述超声波发射器(I)与超声波接收器(2)成对安装，且超声波发射器(I)的发射方向与超声波接收器(2)的接收方向指向相同。3.根据权利要求1所述的一种旋翼型无人机自动避障装置，其特征在于，所述驱动器(3)用于给超声波发射器(I)和超声波接收器(2)供能。4.根据权利要求1所述的一种旋翼型无人机自动避障装置，其特征在于，所述无人机飞控系统根据此距离量和当前旋翼型无人机的飞行状态控制旋翼型无人机的旋翼速度和方向，使旋翼型无人机避开障碍物(8)的具体过程如下:无人机飞控系统对此距离量与安全限定值之间的大小关系进行判断:当距离量小于安全限定值时，无人机飞控系统对旋翼型无人机当前飞行状态进行判断:如果处于飞行状态则启动绕障程序，提高距离量在控制中占有的比重和优先级；如果处于降落状态则自动减速，直到以旋翼型无人机能承受的冲击力着陆，使旋翼型无人机避开障碍物(8);当距离量大于安全限定值时，无人机飞控系统按照当前控制状态继续控制无人机进行动作； 若没有遇到障碍物(8)，则超声波发射器(I)发射的超声波(6)并不会反射回波(7)，此时，超声波接收器(2)、模数转换器(4)和信号处理器(5)不工作，信号处理器(5)不会给无人机飞控系统反馈任何信息，此时，无人机飞控系统按照当前控制状态继续控制无人机进行动作。5.根据权利要求1所述的一种旋翼型无人机自动避障装置，其特征在于，根据探测需求，将一个旋翼型无人机自动避障装置安装在旋翼型无人机的一个探测方向上，或者，将多个旋翼型无人机自动避障装置安装在旋翼型无人机的多个探测方向上。
【专利摘要】一种旋翼型无人机自动避障装置，属于无人机领域，解决了现有避障装置存在的结构复杂、算法复杂、实时性不强的问题。包括信号处理器，接收无人机飞控系统发送的控制命令；驱动器，根据控制命令提供驱动信号；超声波发射器，接收驱动器的驱动信号，发射超声波；超声波接收器，接收所述超声波发射器发射的超声波经障碍物反射的回波；模数转换器，所述超声波接收器发送的模拟信号并将其转换为数字信号并发送给信号处理器，信号处理器将此数字信号解析为距离量并将其反馈给无人机飞控系统，无人机飞控系统根据此距离量和当前旋翼型无人机的飞行状态控制旋翼型无人机的旋翼速度和方向，使旋翼型无人机避开障碍物。本发明结构简单、功耗低。
【IPC分类】G01S15/08, G05D1/10
【公开号】CN104898698
【申请号】CN201510267280
【发明人】朱小明, 王晓东, 李丙玉, 白越
【申请人】中国科学院长春光学精密机械与物理研究所
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年5月22日
【技术领域】
[0001]本发明属于无人机技术领域，具体涉及一种旋翼型无人机自动避障装置。
【背景技术】
[0002]随着技术进步和国家对低空领域民用用途的开放，无人机进入一个崭新的发展阶段，然而飞行安全始终是无人机设计中一个重要方面。无人机飞行中遇到障碍物尤其是着陆过程中，如何避免较大冲量作用从而保护无人机是一个必须要考虑的问题。
[0003]目前有很多这方面的研宄，比如张显志提出的无人机弹簧脚架技术，张林等提出的一种无人机滑橇着陆系统落震试验平台，兰文博等提出的一种小型轮式起降无人机地面回收用减速装置，还有众多的基于视觉模型等的自主着陆算法。这些方法都可以较好达到减震效果。但也存在机械结构复杂、算法复杂或实时性欠佳等不足。
[0004]目前无人机的飞行速度一般较低，特别是旋翼型无人机，时速多在I?20m/s以内。在着陆阶段无人机的速度更低，一般在3m/s以下。在旋翼型无人机遇到障碍物或在着陆阶段，如何为旋翼型无人机提供准确的距离信息保证飞行安全是目前亟待解决的问题。
【发明内容】
[0005]为了解决现有的避障装置存在的结构复杂、算法复杂、实时性不强的问题，本发明提供一种旋翼型无人机自动避障装置。
[0006]本发明为解决技术问题所采用的技术方案如下:
[0007]本发明的一种旋翼型无人机自动避障装置，包括:
[0008]与无人机飞控系统相连的信号处理器，接收无人机飞控系统发送的控制命令；
[0009]与信号处理器相连的驱动器，接收信号处理器发送的距离探测信号；
[0010]与驱动器相连的超声波发射器，接收驱动器的驱动信号，发射超声波；
[0011]与驱动器相连的超声波接收器，接收所述超声波发射器发射的超声波经障碍物反射的回波；
[0012]与超声波接收器相连的模数转换器，接收所述超声波接收器发送的模拟信号并将其转换为数字信号并发送给信号处理器，所述信号处理器将此数字信号解析为距离量并将其反馈给无人机飞控系统，无人机飞控系统根据此距离量和当前旋翼型无人机的飞行状态控制旋翼型无人机的旋翼速度和方向，使旋翼型无人机避开障碍物。
[0013]进一步的，所述超声波发射器与超声波接收器成对安装，且超声波发射器的发射方向与超声波接收器的接收方向指向相同。
[0014]进一步的，所述驱动器用于给超声波发射器和超声波接收器供能。
[0015]进一步的，所述无人机飞控系统根据此距离量和当前旋翼型无人机的飞行状态控制旋翼型无人机的旋翼速度和方向，使旋翼型无人机避开障碍物的具体过程如下:无人机飞控系统对此距离量与安全限定值之间的大小关系进行判断:当距离量小于安全限定值时，无人机飞控系统对旋翼型无人机当前飞行状态进行判断:如果处于飞行状态则启动绕障程序，提高距离量在控制中占有的比重和优先级；如果处于降落状态则自动减速，直到以旋翼型无人机能承受的冲击力着陆，使旋翼型无人机避开障碍物；当距离量大于安全限定值时，无人机飞控系统按照当前控制状态继续控制无人机进行动作；
[0016]若没有遇到障碍物，则超声波发射器发射的超声波并不会反射回波，此时，超声波接收器、模数转换器和信号处理器不工作，信号处理器不会给无人机飞控系统反馈任何信息，此时，无人机飞控系统按照当前控制状态继续控制无人机进行动作。
[0017]进一步的，根据探测需求，将一个旋翼型无人机自动避障装置安装在旋翼型无人机的一个探测方向上，或者，将多个旋翼型无人机自动避障装置安装在旋翼型无人机的各个探测方向上。
[0018]本发明的有益效果是:
[0019]1、本发明采用超声波发射器发射超声波，同时采用超声波接收器接收回波，超声波发射器和超声波接收器的有效探测距离在1m左右，电子学处理时间在毫秒量级，可以忽略不计，这样就有2?3s的缓冲时间，超声波距离探测器虽然存在探测距离有限，特别是民用产品，极限探测距离在8m以下，但由于无人机的飞行速率低，且只需要在靠近障碍物时提供相关距离信息，因此可以很好的避免超声波发射器和超声波接收器探测距离有限的缺点。
[0020]2、超声波发射器和超声波接收器具有体积小、重量轻、功耗低、价格低廉、响应速率快和信号处理电路简单等特点，非常适合用于无人机避障系统设计，从而使得本发明的避障装置结构简单、功耗低。
[0021]3、本发明的避障装置，在无人机遇到障碍物或着陆阶段提供快速准确的距离信息。
[0022]4、本发明的避障装置，在无人机在遇到障碍物或着陆时，提高距离信息所占的控制权比重，保障飞行安全。
【附图说明】
[0023]图1为本发明的一种旋翼型无人机自动避障装置的结构示意图。
[0024]图2为本发明的一种旋翼型无人机自动避障装置的控制策略示意图。
[0025]图中:1、超声波发射器，2、超声波接收器，3、驱动器，4、模数转换器，5、信号处理器，6、超声波，7、回波，8、障碍物。
【具体实施方式】
[0026]以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
[0027]本发明的一种旋翼型无人机自动避障装置，在旋翼型无人机飞行中可以起到自动避障作用。根据探测需求，可以采用一个旋翼型无人机自动避障装置或者采用多个旋翼型无人机自动避障装置同时安装的形式，也就是说根据探测的具体要求，可以将一个旋翼型无人机自动避障装置安装在旋翼型无人机的一个探测方向上，或者，将多个旋翼型无人机自动避障装置安装在旋翼型无人机的多个探测方向上，例如:将两个旋翼型无人机自动避障装置同时安装在前向飞行方向和下视降落方向上，用于这两个方向上的探测。
[0028]如图1所示，本发明的一种旋翼型无人机自动避障装置，包括:超声波发射器1、超 声波接收器2、驱动器3、模数转换器4和信号处理器5。
[0029]信号处理器5与旋翼型无人机的飞控系统相连，驱动器3和模数转换器4分别与信号处理器5相连，驱动器3与超声波发射器I和超声波接收器2相连，驱动器3用于给超声波发射器I和超声波接收器2供能，同时驱动器3用于驱动超声波发射器I发射超声波6，模数转换器4与超声波接收器2相连，超声波发射器I与超声波接收器2成对安装，且超声波发射器I的发射方向与超声波接收器2的接收方向指向相同。
[0030]如图2所示，上电后进行初始化操作，之后保持不间断距离探测，即旋翼型无人机的飞控系统向信号处理器5发送控制命令，信号处理器5接收到控制命令后向驱动器3发送距离探测信号，驱动器3接收到距离探测信号后向超声波发射器I发送驱动信号，驱动超声波发射器I发射超声波6。
[0031]若遇到障碍物8，则超声波发射器I发射的超声波6经障碍物8反射的回波7由超声波接收器2接收，模数转换器4接收超声波接收器2发送的模拟信号并将其转换为数字信号，信号处理器5接收模数转换器4发送的数字信号并将其解析为距离量，信号处理器5将获得的距离量反馈给旋翼型无人机的飞控系统，旋翼型无人机的飞控系统根据距离量和当前旋翼型无人机的飞行状态控制旋翼型无人机的旋翼速度和方向，使旋翼型无人机避开障碍物8，具体的过程如下:旋翼型无人机的飞控系统对此距离量与安全限定值之间的大小关系进行判断:当距离量小于安全限定值时，旋翼型无人机的飞控系统对旋翼型无人机当前飞行状态进行判断:如果处于飞行状态则启动绕障程序，提高距离量在控制中占有的比重和优先级；如果处于降落状态则自动减速，直到以旋翼型无人机能承受的冲击力着陆，使旋翼型无人机避开障碍物8 ;当距离量大于安全限定值时，旋翼型无人机的飞控系统会按照当前控制状态继续控制无人机进行接下来的各种动作。
[0032]若没有遇到障碍物8，则超声波发射器I发射的超声波6并不会反射回波7，此时，超声波接收器2、模数转换器4和信号处理器5不工作，信号处理器5不会给旋翼型无人机的飞控系统反馈任何信息，因此，旋翼型无人机的飞控系统会按照当前控制状态继续控制无人机进行接下来的各种动作。
【主权项】
1.一种旋翼型无人机自动避障装置，其特征在于，包括: 与无人机飞控系统相连的信号处理器(5)，接收无人机飞控系统发送的控制命令； 与信号处理器(5)相连的驱动器(3)，接收信号处理器(5)发送的距离探测信号； 与驱动器⑶相连的超声波发射器(I)，接收驱动器⑶的驱动信号，发射超声波(6); 与驱动器(3)相连的超声波接收器(2)，接收所述超声波发射器(I)发射的超声波(6)经障碍物⑶反射的回波(7); 分别与超声波接收器(2)和信号处理器(5)相连的模数转换器(4)，接收所述超声波接收器(2)发送的模拟信号并将其转换为数字信号，所述信号处理器(5)将此数字信号解析为距离量并将其反馈给无人机飞控系统，无人机飞控系统根据此距离量和当前旋翼型无人机的飞行状态控制旋翼型无人机的旋翼速度和方向，使旋翼型无人机避开障碍物(8)。2.根据权利要求1所述的一种旋翼型无人机自动避障装置，其特征在于，所述超声波发射器(I)与超声波接收器(2)成对安装，且超声波发射器(I)的发射方向与超声波接收器(2)的接收方向指向相同。3.根据权利要求1所述的一种旋翼型无人机自动避障装置，其特征在于，所述驱动器(3)用于给超声波发射器(I)和超声波接收器(2)供能。4.根据权利要求1所述的一种旋翼型无人机自动避障装置，其特征在于，所述无人机飞控系统根据此距离量和当前旋翼型无人机的飞行状态控制旋翼型无人机的旋翼速度和方向，使旋翼型无人机避开障碍物(8)的具体过程如下:无人机飞控系统对此距离量与安全限定值之间的大小关系进行判断:当距离量小于安全限定值时，无人机飞控系统对旋翼型无人机当前飞行状态进行判断:如果处于飞行状态则启动绕障程序，提高距离量在控制中占有的比重和优先级；如果处于降落状态则自动减速，直到以旋翼型无人机能承受的冲击力着陆，使旋翼型无人机避开障碍物(8);当距离量大于安全限定值时，无人机飞控系统按照当前控制状态继续控制无人机进行动作； 若没有遇到障碍物(8)，则超声波发射器(I)发射的超声波(6)并不会反射回波(7)，此时，超声波接收器(2)、模数转换器(4)和信号处理器(5)不工作，信号处理器(5)不会给无人机飞控系统反馈任何信息，此时，无人机飞控系统按照当前控制状态继续控制无人机进行动作。5.根据权利要求1所述的一种旋翼型无人机自动避障装置，其特征在于，根据探测需求，将一个旋翼型无人机自动避障装置安装在旋翼型无人机的一个探测方向上，或者，将多个旋翼型无人机自动避障装置安装在旋翼型无人机的多个探测方向上。
【专利摘要】一种旋翼型无人机自动避障装置，属于无人机领域，解决了现有避障装置存在的结构复杂、算法复杂、实时性不强的问题。包括信号处理器，接收无人机飞控系统发送的控制命令；驱动器，根据控制命令提供驱动信号；超声波发射器，接收驱动器的驱动信号，发射超声波；超声波接收器，接收所述超声波发射器发射的超声波经障碍物反射的回波；模数转换器，所述超声波接收器发送的模拟信号并将其转换为数字信号并发送给信号处理器，信号处理器将此数字信号解析为距离量并将其反馈给无人机飞控系统，无人机飞控系统根据此距离量和当前旋翼型无人机的飞行状态控制旋翼型无人机的旋翼速度和方向，使旋翼型无人机避开障碍物。本发明结构简单、功耗低。
【IPC分类】G01S15/08, G05D1/10
【公开号】CN104898698
【申请号】CN201510267280
【发明人】朱小明, 王晓东, 李丙玉, 白越
【申请人】中国科学院长春光学精密机械与物理研究所
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年5月22日
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