飞行传感器制造技术

本发明专利技术涉及一种飞行传感器，其包括无人机UAV和安装在UAV上的至少一个轮廓仪，其中，该至少一个轮廓仪包括：底座；扫描单元，其被配置为提供光探测和测距LiDAR数据。扫描单元安装在底座上并且包括：轴，该轴承载偏转器；第一发送器，其被配置为朝向环境经由偏转器发送第一发送束；第一接收器，其被配置为接收经由偏转器从环境反射的第一接收束；以及电端口，其包括数据接口和电源接口。并且其中，UAV包括：视觉传感器，其用于提供视觉数据；姿态传感器，其用于提供姿态数据，包括惯性测量单元IMU和全球导航卫星系统GNSS传感器或伪GNSS传感器；计算机，其被配置为基于LiDAR数据和使用视觉数据和姿态数据的同时定位和映射SLAM算法生成环境的3D点云。

【技术实现步骤摘要】
飞行传感器
本专利技术涉及一种根据权利要求1的飞行传感器。
技术介绍
为了拍摄地形(例如，为了测量、检查或文件编制的目的)，常使用与光学测量束一起工作的光学装置，该光学测量束用于扫描表面，并通过到所感测表面上的点的距离测量来拍摄地形。合适的扫描装置可以是扫描仪系统(特别是轮廓仪(profiler))，该扫描仪系统允许用如下方式来拍摄表面结构：通过在表面上以扫描方式引导测量光束，并通过用与点有关的距离测量拍摄扫描区域中的表面点的空间位置，且将测量与在测量束发射时收集的角度信息联系。根据角度和距离信息，可以重建所扫描表面的所谓距离图像。用于拍摄地形的轮廓仪还可以由光电测距仪来实现，该光电测距仪以扫描方式在表面区域上方引导且可以使用激光。一方面的测距仪的测量点与另一方面的被拍摄的表面的相关性例如可以通过将所扫描区域与表面的参考模型叠加来产生。作为表面轮廓仪的激光测距仪例如用于徕卡测量系统(LeicaGeosymtem)AG的“徕卡珀加索斯(LEICAPegasus)二”系统中。这种表面轮廓仪或系统的应用领域例如是：结构的文件编制或矿井和隧道的测量。在后者应用中，收集中空空间的轮廓、检测并测量表面变化(像裂缝、洞、碎石巢(gravelnest)、脱离或水损害)以及检测并测量基础设施(像接触线、杆以及红绿灯)特别受关注。在可线性通行的中空空间(诸如房间、走廊、矿井、隧道、峡谷或小巷)中，轮廓仪通常以如下这种方式安装到车辆：测量束在第一扫描方向上的扫描移动围绕与车辆的移动方向基本平行的轴线发生，其中，车辆的移动方向是第二扫描方向。然而，在所述地形的地面未装配有适当的行车路线的情况下(诸如密封街道或铁路轨道)，从现有技术已知的轮廓仪不实用，差不多仅在一些损耗下。对于建筑物的垂直面或对于岩石壁由峡谷中的测量任务来表示类似的问题，其中，用于由车辆线性引导轮廓仪的“地面”不可用。
技术实现思路
本专利技术涉及一种飞行传感器，该飞行传感器包括无人机(UAV：unmannedaerialvehicle)和安装在UAV上的至少一个轮廓仪，其中，该至少一个轮廓仪包括：底座；扫描单元，该扫描单元被配置为提供光探测和测距(LiDAR：LightDetectionAndRanging)数据。扫描单元安装在底座上，并且包括：轴，该轴承载偏转器，轴安装在扫描单元中且能够围绕旋转轴旋转；第一发送器，该第一发送器被配置为朝向环境(setting)经由偏转器发送第一发送束；第一接收器，该第一接收器被配置为接收经由偏转器从环境反射的第一接收束。该至少一个轮廓仪还包括：电端口，该电端口被配置为将轮廓仪连接到UAV，所述电端口包括数据接口和电源接口，并且其中，UAV包括：视觉传感器，该视觉传感器用于提供视觉数据，视觉传感器包括一个或更多个照相机；姿态传感器，该姿态传感器用于提供姿态数据。姿态传感器包括：惯性测量单元(IMU：InertialMeasuringUnit)；和全球导航卫星系统(GNSS)传感器或伪GNSS传感器。UAV还包括：计算机，该计算机被配置为基于LiDAR数据和使用视觉数据和姿态数据的同时定位和映射(SLAM：SimultaneousLocalisationandMapping)算法生成环境的3D点云(P)。姿态传感器可以集成在一个单个盒中，该单个盒模块化地安装在UAV的主体上。轮廓仪可以以如下方式安装在UAV的主体上：UAV的水平状态下，扫描单元的节点被定位在GNSS传感器的中心点的竖直下方。扫描单元可以包括：第二发送器，该第二发送器被配置为朝向环境经由偏转器发送第二发送束；和第二接收器，该第二接收器被配置为接收经由偏转器从环境反射的第二接收束，特别地其中，第二发送束相对于第一发送束在相反方向上发送。第一发送束和第二发送束中的至少一个是发送束扇，特别地其中，第一接收束和第二接收束中的至少一个是接收束扇。轮廓仪还可以包括至少一个附加扫描单元，该至少一个附加扫描单元被配置为正如根据这里描述中的扫描单元一样。UAV可以包括：多个螺旋桨；和航空单元，该航空单元被配置为提供航空数据，航空数据包括与UAV的高度和速度中的至少一个有关的数据，并且其中，计算机被配置为至少基于航空数据和姿态数据来控制螺旋桨。SLAM算法还可以使用航空数据。通过底座，轮廓仪可以被配置为安装在UAV的主体的上侧、横向侧以及底侧中的一个上。扫描单元可以通过枢轴接头、万向接头以及球接头中的一个安装到底座，特别地其中，相应接头被机动化且能够受计算机控制。飞行传感器还可以包括无线通信单元，其中，计算机被配置为经由无线通信单元由遥控器接收命令，特别地其中，遥控器具有图形用户界面(GUI)，该图形用户界面(GUI)被配置为示出3D点云和/或视觉传感器的现场图像。电源接口可以被配置为向轮廓仪提供来自UAV的电池的电力。计算机可以被配置为还基于LiDAR数据和视觉数据来控制螺旋桨。计算机可以被配置为至少部分基于LiDAR数据、视觉数据以及姿态数据来控制着陆方法、碰撞避免、悬停以及自动高度控制中的至少一个。视觉传感器的至少一个照相机可以被具体实施为热红外照相机和高光谱照相机中的一个。在根据本专利技术的飞行传感器的一个实施方式中，计算机被配置为通过至少使用视觉数据来对3D点云染色。进一步地，飞行传感器可以包括磁强计、罗盘、加速计和/或陀螺仪。在另一个实施方式中，飞行传感器还可以包括数据存储装置，该数据存储装置用于存储LiDAR数据、视觉数据、姿态数据、航空数据以及3D点云中的至少一个，数据存储装置特别是可弹射的(ejectable)。附图说明在下文中，将参照伴有附图的示例性实施方式来详细描述本专利技术，附图中：图1分别示出了根据本专利技术的轮廓仪的第一实施方式和包括轮廓仪的、根据本专利技术的UAV的第一实施方式；图2分别示出了测量飞行期间根据图1的轮廓仪的第一实施方式和根据图1的UAV的第一实施方式；图3分别示出了根据本专利技术的轮廓仪的第二实施方式，和包括轮廓仪的、根据本专利技术的UAV的第二实施方式；图4分别示出了测量飞行期间的轮廓仪的第二实施方式，和根据图2的UAV的第二实施方式；图5分别示出了根据本专利技术的轮廓仪的第三实施方式，和包括轮廓仪的、根据本专利技术的UAV的第三实施方式；图6分别示出了根据本专利技术的轮廓仪的第四实施方式，和包括轮廓仪的、根据本专利技术的UAV的第四实施方式。具体实施方式图1示出了根据本专利技术的飞行传感器的第一实施方式。飞行传感器包括无人机(UAV)200和适于安装在UAV上的轮廓仪100。轮廓仪100被配置为在UAV的飞行期间操作。轮廓仪100具有在图1中被示出为单独元件的底座101和扫描单元102。在另一个实施方式中，底座101还可以被理解为扫描单元102的上部/下部，使得由本申请定义的轮廓仪和扫描单元是一个结构元件。无论哪种方式，底座101被设计为可附接到UAV200。这例如可以由咬合(snap-in)构造或安装元件(像螺丝、夹具或带)实现。底座101经由电端口连接到UAV200，以从UAV的电池获得电力。通过所述端口，轮廓仪还被提供有如下信息，诸如加速数据、高度数据、位置数据、倾斜数据、图像数据以及控制数据。由此，电端口担任数据接口和电源接口这两者。轮廓仪是无源单元，并且使用被UA本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种飞行传感器，该飞行传感器包括无人机UAV(200)和安装在所述无人机UAV上的至少一个轮廓仪(100)，其中，所述至少一个轮廓仪包括：●底座(101)；●扫描单元(102)，该扫描单元(102)被配置为提供光探测和测距LiDAR数据，所述扫描单元安装在所述底座上，并且包括：□轴(103)，该轴(103)承载偏转器(104)，所述轴安装在所述扫描单元中，且能够围绕旋转轴(A)旋转；□第一发送器(105)，该第一发送器(105)被配置为朝向环境经由所述偏转器发送第一发送束(T、T”)；□第一接收器(106)，该第一接收器(106)被配置为接收经由所述偏转器从所述环境反射的第一接收束(R、R”)；以及●电端口，该电端口被配置为将所述轮廓仪连接到所述无人机UAV，所述电端口包括数据接口和电源接口，并且其中，所述无人机UAV包括：●视觉传感器，该视觉传感器用于提供视觉数据，所述视觉传感器包括一个或更多个照相机(210、210’)；●姿态传感器(208)，该姿态传感器(208)用于提供姿态数据，所述姿态传感器包括：□惯性测量单元IMU；以及□全球导航卫星系统GNSS传感器或伪全球导航卫星系统GNSS传感器；●计算机(207)，该计算机(207)被配置为基于所述光探测和测距LiDAR数据以及使用所述视觉数据和所述姿态数据的同时定位和映射SLAM算法，来生成所述环境的3D点云(P)。...

【技术特征摘要】
2016.10.07 EP 16192915;2017.09.21 EP 171924721.一种飞行传感器，该飞行传感器包括无人机UAV(200)和安装在所述无人机UAV上的至少一个轮廓仪(100)，其中，所述至少一个轮廓仪包括：●底座(101)；●扫描单元(102)，该扫描单元(102)被配置为提供光探测和测距LiDAR数据，所述扫描单元安装在所述底座上，并且包括：□轴(103)，该轴(103)承载偏转器(104)，所述轴安装在所述扫描单元中，且能够围绕旋转轴(A)旋转；□第一发送器(105)，该第一发送器(105)被配置为朝向环境经由所述偏转器发送第一发送束(T、T”)；□第一接收器(106)，该第一接收器(106)被配置为接收经由所述偏转器从所述环境反射的第一接收束(R、R”)；以及●电端口，该电端口被配置为将所述轮廓仪连接到所述无人机UAV，所述电端口包括数据接口和电源接口，并且其中，所述无人机UAV包括：●视觉传感器，该视觉传感器用于提供视觉数据，所述视觉传感器包括一个或更多个照相机(210、210’)；●姿态传感器(208)，该姿态传感器(208)用于提供姿态数据，所述姿态传感器包括：□惯性测量单元IMU；以及□全球导航卫星系统GNSS传感器或伪全球导航卫星系统GNSS传感器；●计算机(207)，该计算机(207)被配置为基于所述光探测和测距LiDAR数据以及使用所述视觉数据和所述姿态数据的同时定位和映射SLAM算法，来生成所述环境的3D点云(P)。2.根据权利要求1所述的飞行传感器，其中，所述姿态传感器被集成在一个单个盒中，该单个盒被模块化地安装在所述无人机UAV的主体上。3.根据权利要求1或2所述的飞行传感器，其中，所述轮廓仪以如下方式安装在所述无人机UAV的主体上：在所述无人机UAV的水平状态下，所述扫描单元的节点被定位在所述全球导航卫星系统GNSS传感器的中心点的竖直下方。4.根据前述权利要求中任意一项所述的飞行传感器，其中，所述扫描单元(102)包括：●第二发送器(105’)，该第二发送器(105’)被配置为朝向环境经由所述偏转器发送第二发送束(T’)；以及●第二接收器(106’)，该第二接收器(106’)被配置为接收经由所述偏转器从所述环境反射的第二接收束(R’)，特别地，其中，所述第二发送束相对于所述第一发送束在相反方向上发送。...

【专利技术属性】
技术研发人员：B·伯克姆，J·多尔德，S·马克，
申请(专利权)人：莱卡地球系统公开股份有限公司，
类型：发明
国别省市：瑞士,CH