飞行机器人避障装置以及飞行机器人避障方法
【专利摘要】本发明公开了一种飞行机器人避障装置以及飞行机器人避障方法。根据本发明的飞行机器人避障装置包括：安装于飞行机器人外表面的多个探测器；而且其中所述多个探测器中任意两个相邻的探测器的探测区域重叠，从而使飞行机器人避障装置能够探测飞行机器人周围预定距离范围内任意方向朝向飞行机器人靠近的物体。
【专利说明】
飞行机器人避障装置以及飞行机器人避障方法
技术领域
[0001]本发明涉及飞行机器人设计领域，具体涉及一种飞行机器人避障装置以及飞行机器人避障方法。
【背景技术】
[0002]飞行机器人的种类繁多，常见的小型飞行机器人具有机动性好、起飞着陆场地小的优点，可在空中有限的(视距)范围内作飞行，因此具有相当广泛的用途。
[0003]在一些使用场合，飞行机器人可以实现低空实时监视，获得的分辨率高、清晰的图像。一般，飞行机器人可以用于森林田野及城市的防火巡视、空中摄像等工作。随着飞行机器人系统的应用深入，需要在室内或复杂环境下飞行，因此，需要飞行机器人具有避障的功會K。
[0004]目前，具有避障的功能的飞行机器人携带的避障传感器均安装在飞行机器人前部。从而，由于传感器存在探测盲区，往往无法实现对周围环境任意平面360度范围的感知。
[0005]因此，本领域的技术人员致力于开发一种能够实现对周围环境任意平面360度范围的感知的飞行机器人避障装置以及飞行机器人避障方法。
【发明内容】
[0006]有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种能够实现对周围环境任意平面360度范围的感知的飞行机器人避障装置以及飞行机器人避障方法。
[0007]为实现上述目的，本发明提供了一种飞行机器人避障装置，包括:安装于飞行机器人外表面的多个探测器;而且其中所述多个探测器中任意两个相邻的探测器的探测区域重叠，从而使飞行机器人避障装置能够探测飞行机器人周围预定距离范围内任意方向朝向飞行机器人靠近的物体。
[0008]优选地，所述多个探测器安装在同一安装平面上，并且在安装平面上每隔一定夹角均布安装。
[0009]优选地，所述多个探测器等间距布置。
[0010]优选地，探测器是基于飞行时间原理的激光测距传感器测距模块、RGB-D摄像机、红外测距模块或超声测距传感器。
[0011 ]根据本发明，还提供了一种飞行机器人避障方法，包括:
[0012]第一步骤:利用探测器实时探测并判断飞行机器人周围方向上是否存在障碍物或威胁;如果存在障碍物和/或威胁，转向第二步骤；
[0013]第二步骤:建立所述障碍物或威胁对应的飞行禁飞区，并计算飞行机器人到所述禁飞区的距离；
[0014]第三步骤:判断飞行机器人到所述禁飞区的距离是否小于预定的安全距离；
[0015]第四步骤:如果飞行机器人到禁飞区的距离小于安全距离，则根据禁飞区位置计算避障速度矢量；
[0016]第五步骤:根据所计算得到的避障速度矢量，计算飞行机器人的姿态变化角以使得飞行机器人根据姿态变化角执行姿态变化，随后按照避障速度矢量飞行，使得飞行机器人到禁飞区的距离不小于安全距离。
[0017]优选地，所述避障速度矢量包括飞行机器人避障速度以及避障飞行航向，其中飞行机器人避障飞行航向与飞行机器人相对于禁飞区的方向相反。
[0018]优选地，所述飞行机器人避障方法还包括第六步骤:如果第一步骤没有探测到任何的障碍物或者威胁，则保持飞行机器人的原有飞行状态
[0019]优选地，所述飞行机器人避障方法还包括:判断飞行机器人是否完成飞行任务，如果没有完成飞行任务，则转第一步骤。
[0020]优选地，在当飞行机器人设置有飞行目标点的情况下，则在第五步骤进一步根据所计算得到的避障速度矢量，计算飞行机器人前进的步长;而且在第六步骤进一步根据目标位置计算目标引导速度矢量，并根据该目标引导速度矢量计算前进的步长。
[0021]以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。
【附图说明】
[0022]图1是根据本发明优选实施例的飞行机器人避障装置的原理示意图。
[0023]图2是根据本发明优选实施例的飞行机器人避障方法的流程图。
[0024]需要说明的是，附图用于说明本发明，而非限制本发明。注意，表示结构的附图可能并非按比例绘制。并且，附图中，相同或者类似的元件标有相同或者类似的标号。
【具体实施方式】
[0025]〈飞行机器人避障装置〉
[0026]图1是根据本发明优选实施例的飞行机器人避障装置的原理示意图。
[0027]如图1所示，根据本发明优选实施例的飞行机器人避障装置包括:安装于飞行机器人外表面的多个探测器;而且其中所述多个探测器中任意两个相邻的探测器的探测区域重叠，从而使飞行机器人避障装置能够探测飞行机器人周围预定距离范围内任意方向朝向飞行机器人靠近的物体。
[0028]例如，如图1所述，飞行机器人避障装置包括安装于飞行机器人外表面100的第一探测器10、第二探测器20、第三探测器30、第四探测器40、第五探测器50、第六探测器60;其中，第一探测器10的第一探测区域11与第二探测器20的第二探测区域21重叠；第二探测器20的第二探测区域21与第三探测器30的第三探测区域31重叠;第三探测区域31与第四探测器40的第四探测区域41重叠;第四探测器40的第四探测区域41与第五探测器50的第五探测区域51重叠;第五探测器50的第五探测区域51与第六探测器60的第六探测区域61重叠;第六探测器60的第六探测区域61与第一探测器10的第一探测区域11重叠。由此，整体探测区域覆盖360度的周围球状空间。
[0029]而且，图1示出了平面布置的示意，实际上也可以形成布置在整个飞行机器人外表面的立体布置网络。
[0030]优选地，所述多个探测器安装在同一安装平面上，并且在安装平面上每隔一定夹角均布安装。
[0031]优选地，所述多个探测器等间距布置。
[0032]例如，探测器是基于飞行时间(Time of Flight，T0F)原理的激光测距传感器的测距模块、RGB-D摄像机、红外测距模块、超声测距模块等传感器。
[0033]本发明的飞行机器人避障装置安装于无人机外表面，可以同时探测周围任意维度360度范围内接近的物体，可以实现对周围360球体内的障碍物进行感知。本发明的飞行机器人避障装置可以实现对任意方向靠近的障碍物实施避障。
[0034]〈飞行机器人避障方法〉
[0035]图2是根据本发明优选实施例的飞行机器人避障方法的流程图。图2所示的根据本发明优选实施例的飞行机器人避障方法可以采用图1所示的根据本发明优选实施例的飞行机器人避障装置。
[0036]当飞行机器人进行操控飞行时，通过探测器探测周围状况，实时探测并判断飞行机器人周围方向上是否存在障碍物及突发威胁;如果存在则进行限制飞行速度方向，避免飞行机器人撞击障碍物体。
[0037]具体地，如图2所示，根据本发明优选实施例的飞行机器人避障方法包括:
[0038]第一步骤S1:利用探测器实时探测并判断飞行机器人周围方向上是否存在障碍物或威胁;如果存在障碍物和/或威胁，转向第二步骤S2;否则转向第六步骤S6;
[0039]第二步骤S2:建立所述障碍物或威胁对应的飞行禁飞区，并计算飞行机器人到所述禁飞区的距离；
[0040]第三步骤S3:判断飞行机器人到所述禁飞区的距离是否小于预定的安全距离；
[0041]第四步骤S4:如果飞行机器人到禁飞区的距离小于安全距离，则根据禁飞区位置计算避障速度矢量;具体地，所述避障速度矢量包括飞行机器人避障速度以及避障飞行航向，其中飞行机器人避障飞行航向与飞行机器人相对于禁飞区的方向相反；
[0042]另一方面，如果飞行机器人到禁飞区的距离不小于安全距离，则可以暂时不执行避障处理。
[0043]第五步骤S5:根据所计算得到的避障速度矢量，计算飞行机器人的姿态变化角以使得飞行机器人根据姿态变化角执行姿态变化，随后按照避障速度矢量飞行，由此使得飞行机器人到禁飞区的距离不小于安全距离；
[0044]第六步骤S6:如果没有探测到任何的障碍物或者威胁，则保持飞行机器人的原有飞行状态；
[0045]可以实时地或者定期地判断飞行机器人是否完成飞行任务，如果没有完成飞行任务则可以转第一步骤SI持续判断存在障碍物和/或威胁并执行后续步骤;如果完成飞行任务则可以结束处理。
[0046]此外，在当飞行机器人设置有飞行目标点的情况下，则在第五步骤S5进一步根据所计算得到的避障速度矢量，计算飞行机器人前进的步长;而且在第六步骤S6进一步根据目标位置计算目标引导速度矢量，并根据该目标引导速度矢量计算前进的步长。
[0047]根据本发明优选实施例的飞行机器人避障方法能够有效地执行避障处理。
[0048]上述说明示出并描述了本发明的优选实施例，如前所述，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述发明构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。
【主权项】
1.一种飞行机器人避障装置，其特征在于包括:安装于飞行机器人外表面的多个探测器;而且其中所述多个探测器中任意两个相邻的探测器的探测区域重叠，从而使飞行机器人避障装置能够探测飞行机器人周围预定距离范围内任意方向朝向飞行机器人靠近的物体。2.如权利要求1所述的飞行机器人避障装置，其特征在于，所述多个探测器安装在同一安装平面上，并且在安装平面上每隔一定夹角均布安装。3.如权利要求1或2所述的飞行机器人避障装置，其特征在于，所述多个探测器等间距布置。4.如权利要求1或2所述的飞行机器人避障装置，其特征在于，探测器是基于飞行时间原理的激光测距传感器测距模块、RGB-D摄像机、红外测距模块或超声测距传感器。5.一种飞行机器人避障方法，其特征在于包括: 第一步骤:利用探测器实时探测并判断飞行机器人周围方向上是否存在障碍物或威胁;如果存在障碍物和/或威胁，转向第二步骤； 第二步骤:建立所述障碍物或威胁对应的飞行禁飞区，并计算飞行机器人到所述禁飞区的距离； 第三步骤:判断飞行机器人到所述禁飞区的距离是否小于预定的安全距离； 第四步骤:如果飞行机器人到禁飞区的距离小于安全距离，则根据禁飞区位置计算避障速度矢量； 第五步骤:根据所计算得到的避障速度矢量，计算飞行机器人的姿态变化角以使得飞行机器人根据姿态变化角执行姿态变化，随后按照避障速度矢量飞行，使得飞行机器人到禁飞区的距离不小于安全距离。6.如权利要求5所述的飞行机器人避障方法，其特征在于，所述避障速度矢量包括飞行机器人避障速度以及避障飞行航向，其中飞行机器人避障飞行航向与飞行机器人相对于禁飞区的方向相反。7.如权利要求5或6所述的飞行机器人避障方法，其特征在于还包括: 第六步骤:如果第一步骤没有探测到任何的障碍物或者威胁，则保持飞行机器人的原有飞行状态。8.如权利要求5或6所述的飞行机器人避障方法，其特征在于还包括:判断飞行机器人是否完成飞行任务，如果没有完成飞行任务，则转第一步骤。9.如权利要求5或6所述的飞行机器人避障方法，其特征在于，在当飞行机器人设置有飞行目标点的情况下，则在第五步骤进一步根据所计算得到的避障速度矢量，计算飞行机器人前进的步长;而且在第六步骤进一步根据目标位置计算目标引导速度矢量，并根据该目标引导速度矢量计算前进的步长。
【文档编号】G05D1/08GK105912026SQ201610424513
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年6月15日
【发明人】恽为民, 邓寅喆, 庞作伟
【申请人】上海未来伙伴机器人有限公司