一种无人机用3D-TOF环境感知传感器制造技术

本实用新型专利技术公布了一种无人机用3D‑TOF环境感知传感器，包括3D‑TOF传感器模块、控制器模块、激光驱动模块及激光发射模块；3D‑TOF传感器模块和控制器模块均与激光驱动模块相连接，激光驱动模块与激光发射模块相连接；激光发射模块接受来自激光驱动模块的输出信号，发出脉冲光至真实环境中的物体；3D‑TOF传感器模块接受物体的反射信号，并将信号传输至控制器模块。本实用新型专利技术的无人机用环境感知传感器基于3D‑TOF技术，具有结构紧凑、体积小巧、高分辨率和高性能等诸多优势，通过激光波的反射时间来直接获得物体深度，数据量小，采用低成本的芯片即可满足，这大大降低了传感器的成本，使其具有更强的市场竞争力。

【技术实现步骤摘要】
一种无人机用3D-TOF环境感知传感器
本技术涉及一种传感器，具体涉及一种无人机用3D-TOF环境感知传感器；属于无人机环境感知

技术介绍
多旋翼无人机因其垂直起飞、飞行速度慢、可悬停等特点，在越来越多的复杂场景中得到应用，例如城市场景建模、公路巡检、电网巡检等领域中都有所应用。在这些应用场景中，因无人机和周围环境物体非常接近，故极易发生碰撞事故，因此这类无人机需要安装环境感知传感器，测量周围环境物体的形态，以避让距离较近的物体，从而避免发生安全事故。现有技术中的这类环境感知传感器有以下几种原理类型：（1）双目立体视觉型传感器：通过匹配左右两个摄像头之间的图像，根据左右两个摄像头之间的视差，探测实际物体的深度。该类传感器的优点为成本较低，缺点为两个摄像头需要精密对准，不耐振动，并且匹配结果准确度一般，在复杂场景下效果较差。（2）结构光型传感器：通过一个微型投影灯投出一组具有编码图案的图像，再用另一个摄像头采集该图像的形变，通过形变探知实际物体的深度。该类传感器的缺点为受投影灯功率限制，测量距离较短。（3）激光雷达型传感器：通过发射一束激光波，探测激光斑点的位置或者回波时间得到一个深度距离，再旋转移动激光波发射的位置，扫描形成深度图像。该类传感器的缺点为设备昂贵，且体积较大。基于上述原因，有必要开发一种低成本、实用性更强的无人机用环境感知传感器。
技术实现思路
为解决现有技术的不足，本技术的目的在于提供一种无人机专用的环境感知传感器，具有体积小、分辨率高等优点。为了实现上述目标，本技术采用如下的技术方案：本技术公布了一种无人机用3D-TOF环境感知传感器，包括3D-TOF传感器模块、控制器模块、激光驱动模块及激光发射模块；其中，所述3D-TOF传感器模块和所述控制器模块均与所述激光驱动模块相连接，分别用于向激光驱动模块发送触发信号和功率信号；所述激光驱动模块与所述激光发射模块相连接；所述激光发射模块接受来自激光驱动模块的输出信号，发出脉冲光至真实环境中的物体；所述3D-TOF传感器模块接受物体的反射信号，并将信号传输至控制器模块，通过激光波反射信号即可得到周围环境的深度信息；所述控制器模块将周围环境的深度信息进行上传。优选地，前述无人机用3D-TOF环境感知传感器还包括一安装板，所述激光驱动模块和所述控制器模块均设置于安装板背面，所述激光发射模块和3D-TOF传感器模块均设置于安装板正面。优选地，前述激光发射模块为若干个，分散布设于安装板正面。通过合理布置激光发射模块，能够保证探测无死角。作为一种优选，前述激光发射模块为4个，为2*2的阵列布局，分设于方形安装板正面的四个边角处。更优选地，该无人机用3D-TOF环境感知传感器还设有一数据接口，所述控制器模块通过数据接口将深度信息上传至上一级终端，方便进行存储或者处理。进一步优选地，前述数据接口为以太网接口，便于多个模块在各个方向上同时安装和连接。本技术的有益之处在于：（1）本技术的无人机用环境感知传感器基于3D-TOF技术，具有结构紧凑、体积小巧、高分辨率和高性能等诸多优势；（2）探测过程中，通过激光波的反射时间来直接获得物体深度，数据量小，采用低成本的芯片即可满足需求，这大大降低了传感器的成本，使其具有更强的市场竞争力。附图说明图1是本技术的无人机用3D-TOF环境感知传感器的一种具体实施例的结构示意图；图2是图1所示实施例的另一角度的结构示意图。图3是本技术的无人机用3D-TOF环境感知传感器的整体系统框图。图中附图标记的含义：1、3D-TOF传感器模块，2、控制器模块，3、激光发射模块，4、激光驱动模块，5、以太网接口，6、安装板。具体实施方式以下结合附图和具体实施例对本技术作具体的介绍。在本技术的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。参见图1至图3，本技术的传感器包括激光发射模块3、激光驱动模块4、3D-TOF传感器模块1和控制器模块2。其中，激光驱动模块4的发光时机由3D-TOF传感器模块1触发，发射功率则由控制器模块2控制，故3D-TOF传感器模块1和控制器模块2均与激光驱动模块4相连接，分别用于向激光驱动模块4发送触发信号和功率信号。激光发射模块3则与激光驱动模块4相连接，激光驱动模块4输出指定功率的电流，驱动激光发射模块3发出脉冲光至真实环境中的物体。3D-TOF传感器模块1接受物体的反射信号，并将信号传输至控制器模块2，控制器模块2则将周围环境的深度信息进行上传。为了实现数据上传，在该传感器上还设有一数据接口，具体到本实施例中，数据接口为以太网接口5，控制器模块2通过该以太网接口5将周围环境的深度信息上传至上一级处理器或存储器，方便后续调用。如图1和图2所示，该传感器还包括一安装板6，用于将其他模块和元器件集成在一起。具体到本实施例中，激光驱动模块4、控制器模块2和以太网接口5均安装于安装板6的背面，而需要与环境交互或采集环境信息的模块（如激光发射模块3、3D-TOF传感器模块1）则安装于安装板6的正面。激光发射模块3的数量和布局可根据实际探测环境的需求进行灵活布置，以尽量避免探测死角。具体到本实施例中，激光发射模块3为4个，为2*2的阵列布局，分设于方形安装板6的四个边角处。为了更好地理解和实施本技术，下面对该环境感知传感器的感知原理和具体探测过程进行如下步骤说明：（1）3D-TOF传感器模块1发出触发信号至激光驱动模块4，控制器模块2同时发出激光功率信号至激光驱动模块4，激光驱动模块4输出指定功率的电流，驱动激光发射模块3，发出脉冲光；（2）激光脉冲照射到真实环境中的物体后，再经镜头反射回3D-TOF传感器模块1，3D-TOF传感器模块1得到每个像素点上脉冲信号返回的时间差，或根据返回信号与发射信号的相位得到时间差；（3）3D-TOF传感器模块1将每个像素点的时间差数据通过并口传送给控制器模块2，控制器模块2根据时间差即可得到每个像素点的深度信息；（4）控制器模块2将周围环境的深度信息经以太网打包传至上一级处理器或存储器。还需要说明的是，本技术的传感器还能够适应环境，实现激光发射功率的自适应调节，具体的调节策略为：（1）收集无人机的飞行高度和3D-TOF视野内的物体数据；（2）如果无人机飞行高度低于10米，或者3D-TO本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种无人机用3D-TOF环境感知传感器，其特征在于，包括3D-TOF传感器模块、控制器模块、激光驱动模块及激光发射模块；/n所述3D-TOF传感器模块和所述控制器模块均与所述激光驱动模块相连接，分别用于向激光驱动模块发送触发信号和功率信号；/n所述激光驱动模块与所述激光发射模块相连接；/n所述激光发射模块接受来自激光驱动模块的输出信号，发出脉冲光至真实环境中的物体；/n所述3D-TOF传感器模块接受物体的反射信号，并将信号传输至控制器模块；/n所述控制器模块将周围环境的深度信息进行上传。/n

【技术特征摘要】
1.一种无人机用3D-TOF环境感知传感器，其特征在于，包括3D-TOF传感器模块、控制器模块、激光驱动模块及激光发射模块；
所述3D-TOF传感器模块和所述控制器模块均与所述激光驱动模块相连接，分别用于向激光驱动模块发送触发信号和功率信号；
所述激光驱动模块与所述激光发射模块相连接；
所述激光发射模块接受来自激光驱动模块的输出信号，发出脉冲光至真实环境中的物体；
所述3D-TOF传感器模块接受物体的反射信号，并将信号传输至控制器模块；
所述控制器模块将周围环境的深度信息进行上传。


2.根据权利要求1所述的一种无人机用3D-TOF环境感知传感器，其特征在于，还包括一安装板，所述激光驱动模块和所述控制器模块均设置于安装板背面，...

【专利技术属性】
技术研发人员：尹彦卿，罗伟，鲁运胜，陈磊，
申请(专利权)人：中航金城无人系统有限公司，
类型：新型
国别省市：江苏;32