一种无人机全向避让方法和系统

本发明涉及无人机领域，特别是涉及一种无人机全向避让方法和系统。

背景技术：

近年来，我国的无人机技术得到了突飞猛进的发展，随着无人机的造价成本降低、电路集成度越来越高，无人机也被广泛应用于不同的行业领域，需要面临各种不同的工作环境，这对无人机的飞行安全提出了极高的要求；如果无人机上没有配备自主避障系统，无人机很容易因为驾驶员的遥控操作失误，导致无人机发生撞击坠毁，在无人机的发展史上，因为驾驶员的遥控错误操作而导致无人机发生撞击坠毁的事故数不胜数，要避免这种事故的发生，要求无人机拥有及时、精准识别障碍物并作出规避的能力，现有技术基本实现了前后左右四个方向的避让，无法使无人机在进入空间狭小、环境复杂的室内进行工作，同时，下落时由于下落速度和距离的控制不精准，也极易导致无人机在下落过程中的损坏。

技术实现要素：

本发明针对上述存在的问题，提出了一种无人机全向避让方法和系统，以解决现有技术的不足。

本发明采用的技术方案是：

一种无人机全向避让系统，包括无人机本体和遥控单元，所述无人机本体的前、后、左、右、上、下六个位置分别设置六个测距模块，无人机本体内部设置控制模块，无人机本体下端面向下一体延伸有四个矩形分布的支撑腿，支撑腿之间设置有一对平行的弹性下落架；

所述测距模块用来测量无人机本体与障碍物的距离，并通过串行通讯总线i²c与控制模块连接；

所述控制模块，通过串行通讯总线i²c以轮询方式分别选择六个测距模块，并读取选择的测距模块信息；控制无人机本体的飞行动力；发送或接收无线信息并按信息执行操作；

遥控单元，用于遥控发送或接收无线信息，控制无人机的控制模块执行操作。

进一步地，所述无人机本体，包括四个旋翼和方形机架，所述方形机架的六个面均匀分布镂空孔洞，所述四个旋翼分别设置在方形机架的四角上，四个旋翼分别电连接设置在方形机架内的四个飞行电机，所述四个飞行电机电连接所述控制模块。镂空孔洞分布避开无人机本体的电气部分，主要是降低无人机的机身重量、减少飞行过程中的风阻。

进一步地，所述测距模块中的两个分别设置在无人机方形机架的上表面和下表面中心位置，另外四个测距模块分别设置在无人机方形机架四个侧壁的前、后、左、右中心位置。

进一步地，所述弹性下落架设置在一对支撑腿之间，所述一对支撑腿相对面开设有凹槽，所述凹槽内设置有弹簧，所述弹簧的另一端设置磁芯，所述弹性下落架两端分别固定设置在磁芯上，所述磁芯外部滑动设置导向套筒，所述导向套筒外环绕设置线圈，导向套筒一端向外延伸有凸沿，所述凸沿与凹槽口固定连接。

进一步地，所述无人机本体方形机架与弹性下落架相对的下端面向下延伸有凸台，所述凸台用于限制弹性下落架弹性变形方向。一种无人机全向避让方法，包括

步骤1，初始化：设置安全距离l0，设置六个测距模块轮询顺序；

步骤2，当无人机本体设置为飞行状态时，依次按轮询顺序选择其中一个测距模块读取测距信息；

步骤3，确认当前接收的测距模块位置，当测距模块位置在无人机本体运动方向时，l＝l-v*2l/c，c＝340m/s，v是无人机当前的飞行速度，其余的测距模块获得距离信息l；

比较l和l0，当l小于等于l0时，控制模块向飞行电机输出控制信号，使无人机处于悬停状态，发送告警信息至遥控单元，设置等待命令计时器计时，当等待命令计时器计时未到达设定时间，接收到遥控单元命令，按遥控单元命令执行操作。

比较l和l0，当l大于等于l0时，控制模块按遥控单元命令或设定的路线继续飞行。

进一步地，在所述步骤3中，当等待命令计时器计时到达设定时间时且运动方向的测试距离小于安全距离时，根据测量上、下方向的安全距离，控制模块向飞行电机输出控制信号，使无人机选择向上或下飞行，并执行步骤2、步骤3，判别是否可以通过调整无人机的向上或向下方向飞行越过前方障碍物，即如果无人机选择向上或下飞行，经过步骤2的轮询读取测距信息，步骤3比较l和l0，当l大于等于l0时，控制模块按设定的路线继续飞行，即绕过前方障碍物继续飞行。

进一步地，如果向上或下方向移动后前进方向无法越过障碍物，根据测量左、右方向的安全距离，控制模块向飞行电机输出控制信号，使无人机选择向左或向右的飞行，并执行步骤2、步骤3，判别是否可以通过调整无人机向左或向右飞行越过障碍物，即如果无人机选择向左或向右飞行，经过步骤2的轮询读取测距信息，步骤3比较l和l0，当l大于等于l0时，控制模块按设定的路线继续飞行，即绕过前方障碍物继续飞行，否则，使线圈通电，弹性下落架两端的线圈产生磁场，设置弹性下落架两端产生相反的磁场，弹性下落架两端磁芯相吸挤压弹性下落架准备向下降落。

进一步地，在所述步骤3中，当等待命令计时器计时到达设定时间时且当左或右侧测试距离小于安全距离时，控制模块向飞行电机输出控制信号，使无人机选择向另一侧偏移，使左右测试距离大于安全距离。例如如果无人机左边小于安全距离，则向右方飞行，使使左右测试距离大于安全距离。

进一步地，在所述步骤3中，当等待命令计时器计时到达设定时间时且当上或下方向测试距离小于安全距离时，控制模块向飞行电机输出控制信号，向相反方向调整，使上、下测试距离大于安全距离。

与现有技术相比，本发明具有的有益效果：

无人机拥有更强的临场应急能力，大大提高了无人机在飞行中的容错率，降低了工作中发生故障的概率；

同时，弹性下落架在下落时起到减震效果，有效的降低硬落地对无人机的损伤。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1无人机全向避让系统示意图；

图2无人机全向避让系统顶部示意图；

图3无人机全向避让系统底部示意图；

图4无人机全向避让系统正视图；

图5无人机全向避让系统弹性下落架示意图；

图6为图5中y部分放大示意图；

图7无人机全向避让方法流程图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性，此外，术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

参照图1～6所示，本发明具体公开了一种无人机全向避让系统，包括无人机本体和遥控单元(图中未示出)，在所述无人机本体的前、后、左、右、上、下六个位置分别设置六个测距模块4，在无人机本体内部设置控制模块(图中未示出)，在无人机本体下端面向下一体延伸有四个矩形分布的支撑腿31，支撑腿之间设置有一对平行的弹性下落架31；

所述测距模块用来测量无人机本体与障碍物的距离，并通过串行通讯总线i²c与控制模块连接；具体的测距模块采用超声波模块，型号为：乐迪sui04

所述控制模块，通过串行通讯总线i2c以轮询方式分别选择六个测距模块，并读取选择的测距模块信息；控制无人机本体的飞行动力；发送或接收无线信息并按信息执行操作；

遥控单元，用于遥控发送或接收无人机的控制模块执行操作。

优选地，所述无人机本体，包括四个旋翼2和方形机架1，所述方形机架的六个面均匀分布镂空孔洞5，所述四个旋翼2分别设置在方形机架1的四个角上，四个旋翼分别电连接设置在方形机架内的四个飞行电机(图中未示出)，所述四个飞行电机电连接所述控制模块。在无人机方形机架上设置孔洞5，主要为了减轻无人机的重量和降低风阻，通常为了重力和风阻平衡，孔洞5对称设置，孔洞5设置应避开无人机内部的电气部分。

优选地，所述测距模块中的两个分别设置在无人机方形机架的上表面和下表面中心位置，另外四个测距模块分别设置在无人机方形机架四个侧壁的前、后、左、右中心位置。

优选地，所述弹性下落架34设置在一对支撑腿31之间，所述一对支撑腿相对面开设有凹槽，所述凹槽内设置有弹簧32，所述弹簧的另一端设置磁芯33，所述弹性下落架34两端分别固定设置在磁芯33上，磁芯33可采用螺栓固定的方式与弹性下落架34可拆卸固定连接，方便维修和更换弹性下落架34，所述磁芯外部滑动设置导向套筒38，所述导向套筒外环绕设置线圈35，导向套筒38一端向外延伸有凸沿，所述凸沿与凹槽口固定连接，设置凸沿使线圈、弹簧及磁芯封在支撑腿凹槽内，并固定于凹槽，仅磁芯可以在导向套筒内运动伸出导向套筒与弹性下落架34连接。

所述线圈35通过继电器与电源模块连接，所述继电器使能端与控制模块连接以控制线圈通电产生磁场，设置线圈接线使两个线圈通电产生的磁场，且线圈相对面磁场极性相反，即弹性下落架两端产生相反的磁场，弹性下落架两端磁芯成为两个极性相反的磁铁，相互吸引，磁芯拉动弹簧挤压弹性下落架34，弹性下落架在两端磁芯相吸的作用下产生变形向下拱起高出支撑腿优先接触地面，在无人机下落或避让方法无法执行需着路时优先接触地面，通过弹性接触地面减少无人机硬着路的碰撞损害。

所述无人机本体方形机架1与弹性下落架34相对的下端面向下延伸有凸台36，所述凸台36用于限制弹性下落架弹性变形方向，受挤压时仅向外部变形高出支撑腿优先接触地面，然后线圈断电失去磁性，由于弹簧的拉力，磁芯向凹槽内运动，将下落架拉平，使支撑腿平稳支撑无人机。

这里弹性下落架采用弹性刚材料，具体工作原理：

当其两端受挤压时，可以向下凸起弯曲，形成减震效果。当无人机下落时，为了避免与地面碰撞，通过线圈通电形成磁场，由于线圈通电设置为弹性下落架两端的磁场相反，使弹性下落架两端磁芯相互吸引并向外拉伸弹簧，弹性下落架受两端受相吸磁芯挤压，由于凸台36的限位，弹性下落架向地面方向凸起高出支撑腿31形成减震条，优先接触地面，稍后线圈断电，线圈产生的磁场消失，磁芯在弹簧复位的拉力作用下，向凹槽方向运动，拉伸弹性下落架复位，由支撑腿31支撑无人机，有效的防止无人机由于下落冲击力对自身的损坏。

一种无人机全向避让方法，如图7所示，包括

步骤1图7中101，初始化：设置安全距离l0，设置六个测距模块轮询顺序；

这里六个测距模块处于工作状态，即一直发送，并接收回波计算测量距离，所述轮询顺序是控制模块轮询读取六个测距模块的距离信息。

步骤2，图7中102，当无人机本体设置为飞行状态时，依次按轮询顺序选择其中一个测距模块读取测距信息；

步骤3，确认当前接收的测距模块位置，当测距模块位置在无人机本体运动方向时，重新计算l＝l-v*2l/c，c＝340m/s，v是无人机当前的飞行速度，其余的测距模块获得距离信息l；

比较l和l0，当l小于等于l0时，执行103-1控制模块向飞行电机输出控制信号，使无人机处于悬停状态，发送告警信息至遥控单元，设置等待命令计时器开始计时，当等待命令计时器计时未到达设定时间，接收到遥控单元命令，按遥控单元命令执行操作；

比较l和l0，当l大于等于l0时，执行103-2控制模块按遥控单元命令或设定的路线继续飞行。

优选地，在所述步骤3中，当等待命令计时器计时到达设定时间时且运动方向的测试距离小于安全距离时，根据测量上、下方向的安全距离，控制模块向飞行电机输出控制信号，使无人机选择向上或下飞行，并执行步骤2、步骤3，判别是否可以通过调整无人机的向上或向下方向飞行越过障碍物。也就是在设定时间未收到遥控单元命令，无人机尝试绕过障碍物。

优选地，如果向上或下方向移动后前进方向无法越过障碍物，根据测量左、右方向的安全距离，控制模块向飞行电机输出控制信号，使无人机选择向左或向右的飞行，并执行步骤2、步骤3，判别是否可以通过调整无人机向左或向右飞行越过障碍物。

优选地，在所述步骤3中，当等待命令计时器计时到达设定时间时且当左或右侧测试距离小于安全距离时，控制模块向飞行电机输出控制信号，使无人机选择向另一侧偏移，使左右测试距离大于安全距离。

优选地，在所述步骤3中，当等待命令计时器计时到达设定时间时且当上或下方向测试距离小于安全距离时，控制模块向飞行电机输出控制信号，向相反方向调整，使上、下测试距离大于安全距离。

优选地，可以根据遥控单元命令或避让方法无法实施，或故障等原因，启动下落架来避免无人机发生坠毁，所述避让方法无法实施是指在设定时间无遥控指令，悬停超时，无法通过绕行等手段避开障碍物等。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制。凡是根据发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。