用于UAV和其他物体的激光雷达扫描和定位机构以及相关系统和方法技术方案

一种无人的可移动物体(410)，包括可以耦接在无人的可移动物体(410)的主体(411)和光电扫描模块(450)之间的运动机构(426)。运动机构(426)可以包括例如自转装置(427)和倾斜装置(428)。自转装置(427)可操作以使扫描模块(450)围绕自转轴(402)相对于主体(411)旋转。倾斜装置(428)可操作以例如响应于倾斜角度输入而使扫描模块(450)围绕与自转轴(402)横切的附加轴(404)旋转。一种无人的可移动物体(410)，包括安装在无人的可移动物体(410)的主体(411)上的朝向传感器(412)。一种控制器(142)，其被配置为从朝向传感器(412)接收朝向信号，并至少部分地基于朝向信号来确定用于运动机构(426)中的倾斜装置(428)的倾斜角度输入的倾斜值。

Scanning and positioning mechanism of lidar for UAV and other objects and related systems and methods

An unmanned movable object (410) includes a motion mechanism (426) that can be coupled between the body (411) of the unmanned movable object (410) and the photoelectric scanning module (450). The motion mechanism (426) may include, for example, a rotation device (427) and a tilting device (428). The rotation device (427) is operable to rotate the scanning module (450) around the rotation axis (402) relative to the main body (411). The tilting device (428) is operable to rotate the scanning module (450) around an additional axis (404) crosscutting the rotation axis (402), for example, in response to the tilting angle input. An unmanned mobile object (410) includes a orientation sensor (412) mounted on the body (411) of the unmanned mobile object (410). A controller (142) is configured to receive the orientation signal from the orientation sensor (412) and to determine, at least in part, the tilt input value for the tilt angle of the tilt device (428) in the motion mechanism (426) based on the orientation signal.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于UAV和其他物体的激光雷达扫描和定位机构以及相关系统和方法
本专利技术总体上涉及无人可移动设备，并且更具体地涉及具有光电扫描模块的无人飞行器以及相关部件、系统和方法。
技术介绍
随着性能的不断提高和成本的降低，无人飞行器(UAV)在许多领域得到了广泛的应用。代表性任务包括农作物监测、不动产摄影、建筑物和其他构造的检查、消防和安全任务、边境巡逻以及产品交付等。为了提高飞行安全并改善用户体验(例如，通过使飞行控制更容易)，UAV能够独立检测障碍物和/或自动进行规避机动是非常重要的。由于激光雷达(LIDAR)几乎可以在所有的天气条件下工作，所以它是一种可靠而稳定的检测技术。然而，传统的LIDAR装置通常昂贵且沉重，使得大多数传统LIDAR设备不适合中小型UAV应用。因此，仍然需要用于在UAV和其他物体中实现LIDAR扫描功能的改进技术和系统。
技术实现思路
以下概述为了读者的方便而提供，并且指出所公开的技术的一些代表性实施例。根据代表性实施例的无人飞行器(UAV)设备包括：主体；朝向传感器，由所述主体承载；扫描元件，由所述主体承载；控制器；以及运动机构，耦接在所述主体和所述扫描元件之间。所述运动机构包括自转装置和倾斜装置。自转装置可操作以使扫描元件围绕自转轴相对于主体旋转。所述倾斜装置能够可操作以响应于倾斜角度输入而使所述扫描元件围绕与所述自转轴横切的附加轴旋转；所述控制器可以被配置为从所述朝向传感器接收朝向信号，并且至少部分地基于所述朝向信号来确定用于倾斜角度输入的倾斜值。在一些示例中，所述自转轴垂直于所述附加轴。所述朝向传感器可以是旋转编码器或霍尔效应传感器中的一个或多个。在一些实施例中，所述运动机构包括中间平台，所述自转装置被配置为使所述中间平台旋转。一些实施例规定所述倾斜装置可以由所述中间平台承载。在某些实现中，所述自转装置可以被配置为经由所述中间平台使所述扫描元件旋转。在一个或多个配置中，所述自转装置可以承载所述倾斜装置。在一个或多个实施例中，所述控制器被配置为使所述扫描元件向所述物体的行进方向倾斜。根据某些实施例，所述控制器被配置为当所述主体并非水平时补偿所述主体的倾斜角度。在一些示例中，所述控制器被配置为通过引导所述扫描元件变得水平来补偿所述主体的倾斜角度。一个或多个实施例规定所述控制器被配置为：通过当所述扫描元件自转时引导所述扫描元件以每转至少一次变得水平，来调整所述扫描元件的倾斜角度。所述扫描元件可以被配置为以大致恒定的速率连续自转。例如，所述扫描元件可以被配置为大约每秒10至20转地自转。根据一些实施例，所述倾斜装置包括伺服电机，所述伺服电机被布置为使所述扫描元件倾斜。所述扫描元件可以相对于所述自转轴是重量平衡的。所述扫描元件可以包括扫描器。在多个实施例中，所述扫描元件还包括承载所述扫描器的扫描平台。在许多实现中，所述扫描器被配置为执行地面测量、障碍物检测或其组合。本技术的某些实施例还包括控制器，所述控制器被配置为响应于由所述扫描器检测到的地形或障碍物来操控所述物体。一些实施例的扫描器可以包括光检测和测距(LIDAR)系统，在一些示例中，所述LIDAR系统可以包括半导体激光二极管，所述半导体激光二极管被配置为以大约1000Hz或3600Hz的脉冲速率发光。根据许多实施例，所述LIDAR系统包括单线激光发射器。在多个示例中，所述扫描器包括发光模块和光感测模块。所述发光模块可以包括红外(IR)发光二极管(LED)。所述光感测模块可以包括光电二极管。根据一些实现，所述控制器可以被配置为通过执行包括以下操作的方法来以测量模式进行操作：将所述物体引导为水平的；使所述扫描元件旋转，以便以第一倾斜角度执行第一扫描；以及使所述扫描元件旋转，以便以第二倾斜角度执行第二扫描。在各种实施例中，可以所述主体承载多个推进器，且所述多个推进器被布置为响应于来自所述控制器的输入来操控所述物体。在多个实施例中，所述控制器可以被配置为使所述扫描元件向所述物体的行进方向倾斜；以及响应于由所述扫描元件承载的传感器检测到的地形或障碍物来操控所述物体。例如，所述推进器可以包括翼型件，在一些情况下，推进器可以包括四个螺旋桨。本技术的实施例还可以包括射频模块，所述射频模块耦接到所述控制器，以从远程控制装置接收操控命令。其他实施例包括上述多个装置中的任何和所有组合的系统的方法，以及体现实现这种方法的计算机指令的计算机可读介质。另一实施例包括制造上述多个装置中的任何和所有组合。附图说明图1A是具有可移动物体的代表性系统的示意图，该可移动物体具有根据本技术的一个或多个实施例配置的元件。图1B是根据本技术的实施例的承载代表性光电扫描模块的图1A的可移动物体的示意图。图2是具有多个激光束发射器的激光雷达(LIDAR)发光模块的放大图，这些激光束发射器用于垂直扫描以覆盖不同高度的潜在障碍物。图3A-3B示出了在在操作中使用单轴旋转机构实现单线激光器的实施例中观察到的示例性缺陷。图4是根据本技术的实施例的采用双轴运动机构来执行水平扫描和垂直扫描两者的方法的示意图。图5示出了实现根据本技术的实施例操作的双轴运动机构的实施例。图6A-6C示出了根据本技术的若干实施例的装置。图7示出了本技术的实施例可以被配置为执行的附加功能。具体实施方式无人飞行器(UAV)能够独立检测障碍物和/或自动进行规避机动是非常重要的。由于光检测和测距(LIDAR)几乎可以在所有的天气条件下工作，所以LIDAR是一种可靠而稳定的检测技术。然而，传统的LIDAR装置通常昂贵且沉重，使得大多数传统LIDAR设备不适合许多UAV应用。因此，本技术涉及用于实现运动机构的技术，该运动机构用于承载和操作光电扫描模块(例如，LIDAR模块)。本技术使得能够使用单线激光LIDAR模块进行三维扫描，从而降低了在较小或较便宜的UAV上实现LIDAR的成本，同时仍然具有与更昂贵的多线LIDAR变型相关优点相同或类似的多个优点(例如，高精度和全天候操作)。本文所述的各种技术的示例实施例包括可以耦接在无人的可移动物体的主体和光电扫描模块之间的运动机构。运动机构可以包括例如自转装置和倾斜装置。自转装置可操作以使扫描模块围绕自转轴相对于主体旋转。倾斜装置可操作以例如响应于倾斜角度输入而使扫描模块围绕与自转轴横切的附加轴旋转。其他示例实施例包括安装在无人的可移动物体的主体上的朝向传感器。一些实施例还提供控制器，其被配置为从朝向传感器接收朝向信号，并至少部分地基于朝向信号来确定用于运动机构中的倾斜装置的倾斜角度输入的倾斜值。在下面描述中，仅出于说明的目的，使用UAV的示例来解释各种技术，这些技术可使用用于承载更简单的LIDAR扫描模块(例如，单线LIDAR)的运动机构来实现，以减少或消除对传统LIDAR实现(例如多线LIDAR)的需求。在其他实施例中，这里描述的技术适用于其他合适的扫描模块、载具或两者。例如，尽管结合这些技术描述的一个或多个附图示出了UAV，但是在其他实施例中，这些技术可以以类似的方式应用于其他类型的可移动物体，包括但不限于无人驾驶的陆地或水上载具、手持装置或机器人。在另一示例中，尽管这些技术特别适用于由LIDAR系统中的激光二极管产生的激光束，但在其他实施例中也可以应用于其他类型的光本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种无人的可移动物体，包括：主体；朝向传感器，由所述主体承载；扫描元件，由所述主体承载；运动机构，耦接在机身和扫描元件之间，所述运动机构包括自转装置和倾斜装置，其中所述自转装置可操作以使所述扫描元件围绕自转轴相对于所述主体旋转，并且其中所述倾斜装置可操作以响应于倾斜角度输入而使所述扫描元件围绕与所述自转轴横切的附加轴旋转；以及控制器，被配置为从所述朝向传感器接收朝向信号，并且至少部分地基于所述朝向信号来确定倾斜角度输入的倾斜值。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种无人的可移动物体，包括：主体；朝向传感器，由所述主体承载；扫描元件，由所述主体承载；运动机构，耦接在机身和扫描元件之间，所述运动机构包括自转装置和倾斜装置，其中所述自转装置可操作以使所述扫描元件围绕自转轴相对于所述主体旋转，并且其中所述倾斜装置可操作以响应于倾斜角度输入而使所述扫描元件围绕与所述自转轴横切的附加轴旋转；以及控制器，被配置为从所述朝向传感器接收朝向信号，并且至少部分地基于所述朝向信号来确定倾斜角度输入的倾斜值。2.根据权利要求1所述的物体，其中所述运动机构还包括中间平台，所述自转装置被配置为使所述中间平台旋转，并且其中所述倾斜装置由所述中间平台承载。3.根据权利要求2所述的物体，其中所述自转装置被配置为经由所述中间平台使所述扫描元件旋转。4.根据权利要求1所述的物体，其中所述自转装置承载所述倾斜装置。5.根据权利要求1所述的物体，其中所述运动机构还包括中间平台，所述倾斜装置被配置为使所述中间平台旋转，并且其中所述自转装置由所述中间平台承载。6.根据权利要求1所述的物体，其中所述控制器被配置为使所述扫描元件向所述物体的行进方向倾斜。7.根据权利要求1所述的物体，其中所述控制器被配置为当所述主体并非水平时补偿所述主体的倾斜角度。8.根据权利要求1所述的物体，其中所述控制器被配置为通过引导所述扫描元件变得水平来补偿所述主体的倾斜角度。9.根据权利要求1所述的物体，其中所述控制器被配置为：当所述扫描元件自转时,通过引导所述扫描元件以每转至少一次变得水平，来调整所述扫描元件的倾斜角度。10.根据权利要求1所述的物体，其中所述扫描元件被配置为以大致恒定的速率连续地自转。11.根据权利要求1所述的物体，其中所述扫描元件被配置为大约每秒10至20转地自转。12.根据权利要求1所述的物体，其中所述扫描元件包括扫描器。13.根据权利要求12所述的物体，其中所述扫描元件还包括承载所述扫描器的扫描平台。14.根据权利要求12所述的物体，其中所述扫描器被配置为执行地面测量、障碍物检测或其组合。15.根据权利要求12所述的物体，其中所述控制器被配置为响应于由所述扫描器检测到的地形或障碍物来操控所述物体。16.根据权利要求12所述的物体，其中所述扫描器包括光检测和测距LIDAR系统。17.根据权利要求16所述的物体，其中所述LIDAR系统包括半导体激光二极管，所述半导体激光二极管被配置为以大约1000Hz或3600Hz的脉冲速率发光。18.根据权利要求16所述的物体，其中所述LIDAR系统包括单线激光发射器。19.根据权利要求12所述的物体，其中所述控制器被配置为通过执行包括以下操作的方法来在测量模式下进行操作：将所述物体引导为水平的；使所述扫描元件旋转，以便以第一倾斜角度执行第一扫描；以及使所述扫描元件旋转，以便以第二倾斜角度执行第二扫描。20.根据权利要求12所述的物体，其中所述扫描器包括发光模块和光感测模块。21.根据权利要求20...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢捷斌，任伟，占志鹏，
申请(专利权)人：深圳市大疆创新科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44