一种无人机避障用信息采集模块制造技术

本实用新型专利技术公开了一种无人机避障用立体场景信息采集模块，包括：多个激光发射头和一个感光元件，所述多个激光发射头以所述感光元件为中心在所述感光元件四周布置。通过本实用新型专利技术布置的激光测距阵列可判断有无障碍物及障碍物的大小和方位，结合无人机姿态精确报警并重新规划路径，实现三维环境下障碍物的有效地侦测与避开。本实用新型专利技术具有结构简单、测量准确、轻量化等特点，提供了一种实用性强，工作可靠的避障方法与系统。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及航空科学
，尤其涉及一种无人机避障用信息采集模块。
技术介绍
近年来，多轴无人机发展迅猛。无人机在飞行过程中，其飞行环境信息很难完全预知，经常会遇到突发威胁或障碍，此时，预先规划的全局航迹路径已无法满足要求。为达到预期的目的，需要有实时侦测并避开障碍物的功能，对路径及其周边环境及威胁进行分析评估，规划一条合理的航迹路径，然后让无人机据此重新规划航迹路径飞行以避开前方障碍，继续完成任务。目前，国内外研究者们陆续提出了许多无人机实时避障解决方案，然而避障解决方案都是基于二维平面的无人机避障技术，无法实现高精度的自主避障。
技术实现思路
有鉴于此，本技术的主要目的在于提供一种无人机避障用信息采集模块，实施对飞行器前进方向上立体场景的信息采集，以便实现无人机的高精度自主避障。为达到上述目的，本技术的技术方案是这样实现的：一种无人机避障用信息采集模块，所述采集模块用于实现对飞行器前进方向上立体场景的信息采集，包括：多个激光发射头和一个感光元件，所述多个激光发射头以所述感光元件为中心在所述感光元件四周布置。进一步地，所述激光发射头全部装有同型号的柱形透镜，所述柱形透镜使得所述激光发射头产生扇面角度一致的直线光斑；每个激光发射头的安装角度使其直线光斑在前方竖直平面上投影形成预设形状的包络线区域，并在所述包络线区域内形成激光网格。本技术提供的采集模块可采集无人机前进方向上立体场景信息，在满足无人机机载设备轻量化的要求下，针对多轴无人机的飞行特点，基于激光测距阵列进行障碍物探测，能够在三维环境中沿飞行方向有效地为多轴无人机实现实时地侦测并避开障碍物，实现高精度的自主避障。附图说明图1为本技术实施例所适用的无人机避障方法的实现流程图；图2为本技术实施例所适用的无人机避障方法具体实施例的实现流程图；图3为本技术实施例所适用的无人机避障方法中包络线区域示意图；图4为本技术实施例所适用的无人机避障方法中三维监察区域的示意图；图5为本技术实施例提供的无人机避障系统的结构示意图；图6为本技术实施例提供的信息采集模块的结构示意图。具体实施方式为使本技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下举实施例并参照附图，对本技术进一步详细说明。图1示出了本技术实施例所适用的无人机避障方法，如图1所示，所述方法包括下述步骤：步骤101，采用激光测距阵列在所述无人机的前进方向上进行立体场景信息采集；这里，所述激光测距阵列由多个激光发射头和一个感光元件产生，所述感光元件位于正中，多个激光发射头布置于所述感光元件四周；相应地，该方法还包括：所述激光发射头装有柱形透镜，使其产生扇面角度一致的直线光斑；所述直线光斑的的角度根据所述无人机实际飞行环境以及障碍物特征进行调整以使所有直线光斑在前方竖直平面上投影形成预设形状的包络线区域并在包络线区域内形成激光网格，具体可参考图3，如图3所示，在所述竖直平面建立之交坐标系XOY；对每束直线光斑进行编号：A-K、1-11，A-K中任何一个可与1-11中任何一个相交，反之亦然，其交点可用两位字符表示，如B2；所述激光网格，在包络线内越靠近中心的区域，激光网格密度越大，以保证在无人机前进方向上的正前方保持有较高的障碍物识别精度。具体地，根据所述无人机的飞行状态，按照确定安全停止距离；其中，l为安全停止距离，v为所述无人机的最大飞行速度，a为所述无人机减速时旋翼推力提供的加速度；根据所述无人机的外型规格和安全飞行距离，按照R＝l+r确定安全飞行半径；其中，R为安全飞行半径，r为所述无人机旋翼外接圆半径；根据所述安全飞行半径，构建障碍侦测范围，在前进方向水平面上形成一长方形障碍侦测区域，按与无人机机体距离由近及远分为急停区、减速区、警示区及安全区，具体可参考图4；激光发射头发出的直线光斑在前方竖直平面投影，形成预设形状的包络线区域，包络线区域内形成激光网格，根据所述包络线区域，构成具有预设厚度和角度的饼状三维监察区域，具体可参考图4，该三维监察区域以无人机飞行方向所在的水平面为界，其在水平面以下部分较水平面以上部分窄，以减少地面干扰，以使无人机能够容忍一定的俯仰角，并保持较远的障碍监察距离；激光发射头按照预定顺序及时间间隔，对三维监察区域进行扫描，收集三维监察区域内障碍物信息。如图4所示，对于障碍物Z，激光发射头能够接收到编号为C、D、E、3、4、5的光线的反馈信息；步骤102，根据采集到的立体场景信息，对所述无人机的前方进行障碍点侦测，确定避障路径；具体地，根据采集到的三维监察区域内障碍物信息，计算障碍物所在区域，确定障碍物的大小、方向及位置；根据所述无人机的运动状态以及障碍物所在区域与无人机的几何关系，判断应对措施，确定避障路径。例如，如图4所示，对于障碍物Z，采集到的三维监察区域内障碍物信息包括编号为C、D、E、3、4、5的光线的反馈信息；则根据该些障碍物信息，确定由激光束B、F、2、6形成的四边形B6B2F2F6内部即为障碍物所在区域。步骤103，按照所述避障路径进行飞行。具体地，所述无人机按照所述避障路径，完成减速、急停或绕行等动作。图2示出了本技术实施例提供的无人机避障方法具体实施例的实现流程图，如图2所示，所述实施例为无人机应用本技术避障方法的完成飞行过程，包括下述步骤：步骤201，无人机规划初试路径；步骤202，按照当前路径进行飞行；步骤203，判断是否到达终点，若是，则当前流程结束，否则，执行步骤204；步骤204，判断是否探测到障碍，若是，执行步骤205，否则执行步骤202；步骤205，识别障碍物的方位；步骤206，判断该障碍物是否影响当前飞行，若影响，执行步骤207，否则执行步骤202,；步骤207，构建前方立体场景模型，构建方式具体可参照上文描述；步骤208，重新规划路径，执行步骤202。图5示出了本技术实施例提供的无人机避障系统的结构示意图，所述系统包括：信息采集模块1、信息处理模块2以及避障执行模块3；其中，所述信息采集模块1，用于采用激光测距阵列在所述无人机的前进方向上进行立体场景信息采集；所述信息处理模块2，用于根据采集到的立体场景信息，对所述无人机的前方进行障碍点侦测，确定避障路径；所述避障执行模块3，用于按照本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种无人机避障用立体场景信息采集模块，其特征在于，所述采集模块用于产生激光测距阵列，包括：多个激光发射头和一个感光元件，所述多个激光发射头以所述感光元件为中心在所述感光元件四周布置。

【技术特征摘要】
1.一种无人机避障用立体场景信息采集模块，其特征在于，所述采集模块
用于产生激光测距阵列，包括：
多个激光发射头和一个感光元件，所述多个激光发射头以所述感光元件为
中心在所述感光元件四周布置。
2.根据权利要求1所述的无人机避障用立体场景信息采集...

【专利技术属性】
技术研发人员：熊能，卢少平，
申请(专利权)人：深圳市易飞行科技有限公司，
类型：新型
国别省市：广东;44