一种无人机避障方法及装置与流程

本发明涉及无人机技术领域，特别是涉及一种无人机避障方法及装置。

背景技术：

近年来，无人机技术得到了快速发展，其不仅应用在军用领域，在民用领域的应用也越来越广泛，如无人机运送快递、无人机空中基站、无人机空中中继以及应用无人机进行交通监控等。

虽然无人机得到了越来越广泛的应用，但是无人机相关技术还不是很成熟，还在完善阶段，无人机坠毁事故时有发生，造成很大的经济损失并且时刻威胁着地面上的人员安全。其中无人机坠毁的很大一部分原因在于避障环节的薄弱。

如何实现无人机的有效的自主避障，是目前本领域技术人员急需解决的技术问题。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种无人机避障方法及装置，以实现无人机的有效的自主避障，减少无人机坠毁风险，增强无人机飞行安全性。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

一种无人机避障方法，应用于部署在无人机上的控制器，所述无人机前方安装有至少两个可旋转探测器，其中第一探测器一直处于工作状态，且始终指向所述无人机与目标点的连线方向，在所述第一探测器探测到所述连线方向有障碍物时，触发其他探测器开始工作，其他每个探测器沿着所述连线方向分别向其他设定探测方向旋转探测；所述方法包括：

在确定所述连线方向有障碍物后，按照设定时间间隔获取各探测器的探测数据；

基于获取到的探测数据，确定各探测方向有无障碍物阻挡；

在确定第一探测方向无障碍物阻挡时，调整所述无人机从所述连线方向到所述第一探测方向飞行，直至通过所述第一探测器的探测数据确定所述连线方向无障碍物阻挡时，控制所述无人机沿所述连线方向飞行。

在本发明的一种具体实施方式中，所述无人机前方安装有五个可旋转探测器，在所述第一探测器探测到所述连线方向有障碍物时，触发其他四个探测器开始工作，其他四个探测器沿着所述连线方向分别向上、下、左、右四个设定探测方向以相等的角速度旋转探测。

在本发明的一种具体实施方式中，各探测器为红外探测器。

在本发明的一种具体实施方式中，还包括：

如果同时确定至少两个探测方向无障碍物阻挡，则根据预设的方向优先选择规则，从中选择一个探测方向为所述第一探测方向。

在本发明的一种具体实施方式中，还包括：

将所述无人机的飞行数据信息发送给云端服务器；

接收所述云端服务器返回的碰撞提示信息，所述碰撞提示信息为：所述云端服务器根据收集到的多个无人机的飞行数据信息确定的所述无人机的轨迹将与其他无人机碰撞的提示信息；

根据所述碰撞提示信息，调整所述无人机当前的飞行速度。

在本发明的一种具体实施方式中，所述无人机的飞行数据信息至少包括位置信息、高度信息、飞行方向信息、飞行速度信息和飞行加速度信息。

在本发明的一种具体实施方式中，还包括：

获得多个其他无人机的飞行数据信息，多个其他无人机的飞行数据信息由云端服务器收集后发出；

基于所述无人机的飞行数据信息和获得的多个其他无人机的飞行数据信息，确定所述无人机的轨迹是否将与其他无人机碰撞；

如果是，则调整所述无人机当前的飞行速度。

一种无人机避障装置，应用于部署在无人机上的控制器，所述无人机前方安装有至少两个可旋转探测器，其中第一探测器一直处于工作状态，且始终指向所述无人机与目标点的连线方向，在所述第一探测器探测到所述连线方向有障碍物时，触发其他探测器开始工作，其他每个探测器沿着所述连线方向分别向其他设定探测方向旋转探测；所述装置包括：

探测数据获取单元，用于在确定所述连线方向有障碍物后，按照设定时间间隔获取各探测器的探测数据；

障碍物确定单元，用于基于获取到的探测数据，确定各探测方向有无障碍物阻挡；

飞行控制单元，用于在确定第一探测方向无障碍物阻挡时，调整所述无人机从所述连线方向到所述第一探测方向飞行，直至通过所述第一探测器的探测数据确定所述连线方向无障碍物阻挡时，控制所述无人机沿所述连线方向飞行。

在本发明的一种具体实施方式中，还包括第一调整单元，用于：

将所述无人机的飞行数据信息发送给云端服务器；

接收所述云端服务器返回的碰撞提示信息，所述碰撞提示信息为：所述云端服务器根据收集到的多个无人机的飞行数据信息确定的所述无人机的轨迹将与其他无人机碰撞的提示信息；

根据所述碰撞提示信息，调整所述无人机当前的飞行速度。

在本发明的一种具体实施方式中，还包括第二调整单元，用于：

获得多个其他无人机的飞行数据信息，多个其他无人机的飞行数据信息由云端服务器收集后发出；

基于所述无人机的飞行数据信息和获得的多个其他无人机的飞行数据信息，确定所述无人机的轨迹是否将与其他无人机碰撞；

如果是，则调整所述无人机当前的飞行速度。

应用本发明实施例所提供的技术方案，无人机前方安装有至少两个可旋转探测器，其中第一探测器一直处于工作状态，且始终指向无人机与目标点的连线方向，在第一探测器探测到连线方向有障碍物时，触发其他探测器开始工作，其他每个探测器沿着连线方向分别向其他设定探测方向旋转探测，部署在无人机上的控制器在确定连线方向有障碍物后，按照设定时间间隔获取各探测器的探测数据，基于获取到的探测数据，确定各探测方向有无障碍物阻挡，在确定第一探测方向无障碍物阻挡时，调整无人机从连线方向到第一探测方向飞行，直至通过第一探测器的探测数据确定连线方向无障碍物阻挡时，控制无人机沿连线方向飞行。实现了无人机的有效的自主避障，减少无人机坠毁风险，增强无人机飞行安全性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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的附图。

图1为本发明实施例中一种无人机避障方法的实施流程图；

图2为本发明实施例中无人机遇到障碍物时的避障示意图；

图3为本发明实施例中无人机信息共享避障示意图；

图4为本发明实施例中一种无人机避障装置的结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。

本发明的核心是提供一种无人机避障方法，该方法应用于部署在无人机上的控制器。无人机前方安装有至少两个可旋转探测器，其中第一探测器一直处于工作状态，且始终指向无人机与目标点的连线方向，在第一探测器探测到连线方向有障碍物时，触发其他探测器开始工作，其他每个探测器沿着连线方向分别向其他设定探测方向旋转探测。

在本发明实施例中，无人机前方，或正前方安装有至少两个可旋转探测器，各探测器具体可为红外探测器，当然也可为其他可进行障碍物探测的探测器，如超声波探测器等。第一探测器为无人机前方安装的其中一个探测器。第一探测器一直处于工作状态，且始终指向无人机与目标点的连线方向，通过旋转跟踪目标点方向。无人机位置可以通过无人机上设置的gps定位系统实时定位。

各探测器之间可以相互通信，在第一探测器探测到无人机与目标点的连线方向有障碍物时，可以触发其他探测器开始工作，其他探测器之前可以处于闲置状态，开始工作后，其他每个探测器沿着连线方向分别向其他设定探测方向旋转探测。具体的，无人机前方可安装有五个可旋转探测器，即除了第一探测器外，还有其他四个探测器。在第一探测器探测到连线方向有障碍物时，触发其他四个探测器开始工作，其他四个探测器沿着连线方向分别向上、下、左、右四个设定探测方向以相等的角速度旋转探测，形成地毯式探测，实现无人机在三维空间的自主避障。

参见图1所示，为本发明实施例所提供的一种无人机避障方法的实施流程图，该方法可以包括以下步骤：

s110：在确定连线方向有障碍物后，按照设定时间间隔获取各探测器的探测数据。

在无人机正常飞行过程中，无人机上的控制器可以以某个时间间隔获取各探测器的探测数据，在探测数据中如果存在除第一探测器的其他探测器的探测数据，则可以据此确定无人机与目标点的连线方向有障碍物。或者，第一探测器在探测到无人机与目标点的连线方向有障碍物时，与控制器通信，传送探测数据，或者直接告知控制器连线方向有障碍物。

控制器在确定无人机与目标点的连线方向有障碍物后，可以按照设定时间间隔获取各探测器的探测数据。该时间间隔可以按照实际情况进行设定和调整，比如设置为1ms，本发明实施例对此不做限制。

s120：基于获取到的探测数据，确定各探测方向有无障碍物阻挡。

控制器按照设定时间间隔获取各探测器的探测数据。每次获取到探测数据后，都可以基于获取到的探测数据，确定各探测方向有无障碍物阻挡。探测数据中可以包括探测方向相对于连线方向的方向信息、夹角信息、有无障碍物标识信息等。

s130：在确定第一探测方向无障碍物阻挡时，调整无人机从连线方向到第一探测方向飞行，直至通过第一探测器的探测数据确定连线方向无障碍物阻挡时，控制无人机沿连线方向飞行。

控制器每获取到探测数据，即对探测数据进行分析，确定各探测方向有无障碍物阻挡，如果首先在第一探测方向确定无障碍物阻挡时，则可以调整无人机从连线方向到第一探测方向飞行，如第一探测方向为沿着连线方向向上30度的方向。在无人机沿第一探测方向飞行过程中，虽然无人机的位置发生了变化，但第一探测器通过旋转始终指向无人机与目标点的连线方向，且一直处于工作状态，控制器仍不断获取各探测器的探测数据。当通过第一探测器的探测数据确定无人机与目标点的连线方向无障碍物阻挡时，控制无人机沿连线方向飞行。此时的连线方向为基于无人机实时位置新确定的连线方向。也就是说，当无人机越过障碍物，无人机与目标点的连线方向不再有障碍物时，仍调整无人机沿着连线方向直线飞行，以最短飞行距离到达目标点。

如图2所示，为无人机遇到障碍物时的避障示意图。x0为起点，o为目标点，无人机上的第一探测器未探测到障碍物时，无人机沿无人机与目标点连线方向飞行。在x1点，第一探测器探测到障碍物，触发其他探测器工作。控制器获取各探测器的探测数据，在某个时刻发现第二探测器最先探测到l方向无障碍物阻挡，于是控制无人机沿该方向飞行。期间控制器仍在获取探测器的探测数据并进行分析，当到达x2点时，第一探测器探测到无人机与目标点之间的连线方向无障碍物后，重新沿着无人机当前位置与目标点连线方向直线飞行，到达目标点o。

在本发明的一个实施例中，如果同时确定至少两个探测方向无障碍物阻挡，则根据预设的方向优先选择规则，从中选择一个探测方向为第一探测方向。

在实际应用中，控制器获取到各探测器的探测数据后，对探测数据进行分析，可能会同时确定至少两个探测方向无障碍物阻挡，在这种情况下，可以根据预设的方向优先选择规则，从中选择出一个探测方向为第一探测方向，进而控制无人机沿第一探测方向飞行。

具体的，方向优先选择规则可以预先设定。如按照如下优先级高低顺序进行选择：沿连线方向向上、向左、向右、向下。或者，可以设定与连线方向的夹角越小的方向优先级越高。

应用本发明实施例所提供的方法，无人机前方安装有至少两个可旋转探测器，其中第一探测器一直处于工作状态，且始终指向无人机与目标点的连线方向，在第一探测器探测到连线方向有障碍物时，触发其他探测器开始工作，其他每个探测器沿着连线方向分别向其他设定探测方向旋转探测，部署在无人机上的控制器在确定连线方向有障碍物后，按照设定时间间隔获取各探测器的探测数据，基于获取到的探测数据，确定各探测方向有无障碍物阻挡，在确定第一探测方向无障碍物阻挡时，调整无人机从连线方向到第一探测方向飞行，直至通过第一探测器的探测数据确定连线方向无障碍物阻挡时，控制无人机沿连线方向飞行。实现了无人机的有效的自主避障，减少无人机坠毁风险，增强无人机飞行安全性。

在本发明的一个实施例中，该方法还可以包括以下步骤：

步骤一：将无人机的飞行数据信息发送给云端服务器；

步骤二：接收云端服务器返回的碰撞提示信息，碰撞提示信息为：云端服务器根据收集到的多个无人机的飞行数据信息确定的无人机的轨迹将与其他无人机碰撞的提示信息；

步骤三：根据碰撞提示信息，调整无人机当前的飞行速度。

为便于描述，将上述三个步骤结合起来进行说明。

在无人机飞行过程中，将无人机的飞行数据信息发送给云端服务器。飞行数据信息至少包括位置信息、高度信息、飞行方向信息、飞行速度信息和飞行加速度信息。

可以预先建立一个无人机集群网，把同一区域内的所有无人机的飞行数据信息上传到同一个云端服务器，实现信息共享，如图3所示，无人机1、无人机2、无人机3之间通过云端服务器进行信息共享。

云端服务器可以收集多个无人机的飞行数据信息，根据收集到的多个无人机的飞行数据信息可以确定无人机的轨迹是否将与其他无人机碰撞。如果确定无人机的轨迹将与其他无人机碰撞，则可以向无人机返回碰撞提示信息。

无人机控制器接收到云端服务器返回的碰撞提示信息后，根据碰撞提示信息，可以调整无人机当前的飞行速度，减慢或者加快，以避免与其他无人机发生碰撞。

在本发明的一种具体实施方式中，该方法还可以包括以下步骤：

第一个步骤：获得多个其他无人机的飞行数据信息，多个其他无人机的飞行数据信息由云端服务器收集后发出；

第二个步骤：基于无人机的飞行数据信息和获得的多个其他无人机的飞行数据信息，确定无人机的轨迹是否将与其他无人机碰撞；如果是，则执行第三个步骤；

第三个步骤：调整无人机当前的飞行速度。

云端服务器在收集到多个无人机的飞行数据信息后，可以将收集到的飞行数据信息发送给部署在无人机上的控制器，控制器基于无人机的飞行数据信息和获得的多个其他无人机的飞行数据信息，可以确定无人机的轨迹是否在将来某一时刻与其他无人机碰撞，如果是，则可以调整无人机当前的飞行速度，如果否，则可以按照当前飞行速度继续飞行。

在本发明实施例中，当无人机周围无其他无人机时，开启自主避障模式，自主进行信息采集、避障分析及躲避操作。当无人机周围有其他无人机时，开启自主避障加辅助避障模式，所谓自主避障加辅助避障，就是无人机除了自身通过采集障碍物信息进行避障外，同时由无人机集群网的云端服务器提供周围其他无人机的飞行数据信息(位置、高度、方向、速度、加速度等)，基于这些飞行数据信息计算出无人机的轨迹是否会在将来某一时刻与其他无人机发生碰撞，如果计算出会发生碰撞，则自动调整无人机飞行速度，避免发生碰撞。

本发明实施例适用性高，系统设计简单，不仅在单个无人机时可高效避开障碍物，而且在周围存在多个无人机时通过云端数据共享能够避免无人机之间发生碰撞，从而可以避免无人机交通事故的发生。

相应于上面的方法实施例，本发明实施例还提供了一种无人机避障装置，应用于部署在无人机上的控制器，无人机前方安装有至少两个可旋转探测器，其中第一探测器一直处于工作状态，且始终指向无人机与目标点的连线方向，在第一探测器探测到连线方向有障碍物时，触发其他探测器开始工作，其他每个探测器沿着连线方向分别向其他设定探测方向旋转探测；下文描述的一种无人机避障装置与上文描述的一种无人机避障方法可相互对应参照。

参见图4所示，该装置可以包括以下模块：

探测数据获取单元410，用于在确定连线方向有障碍物后，按照设定时间间隔获取各探测器的探测数据；

障碍物确定单元420，用于基于获取到的探测数据，确定各探测方向有无障碍物阻挡；

飞行控制单元430，用于在确定第一探测方向无障碍物阻挡时，调整无人机从连线方向到第一探测方向飞行，直至通过第一探测器的探测数据确定连线方向无障碍物阻挡时，控制无人机沿连线方向飞行。

应用本发明实施例所提供的装置，无人机前方安装有至少两个可旋转探测器，其中第一探测器一直处于工作状态，且始终指向无人机与目标点的连线方向，在第一探测器探测到连线方向有障碍物时，触发其他探测器开始工作，其他每个探测器沿着连线方向分别向其他设定探测方向旋转探测，部署在无人机上的控制器在确定连线方向有障碍物后，按照设定时间间隔获取各探测器的探测数据，基于获取到的探测数据，确定各探测方向有无障碍物阻挡，在确定第一探测方向无障碍物阻挡时，调整无人机从连线方向到第一探测方向飞行，直至通过第一探测器的探测数据确定连线方向无障碍物阻挡时，控制无人机沿连线方向飞行。实现了无人机的有效的自主避障，减少无人机坠毁风险，增强无人机飞行安全性。

在本发明的一种具体实施方式中，无人机前方安装有五个可旋转探测器，在第一探测器探测到连线方向有障碍物时，触发其他四个探测器开始工作，其他四个探测器沿着连线方向分别向上、下、左、右四个设定探测方向以相等的角速度旋转探测。

在本发明的一种具体实施方式中，各探测器为红外探测器。

在本发明的一种具体实施方式中，还包括探测方向选择单元，用于：

如果同时确定至少两个探测方向无障碍物阻挡，则根据预设的方向优先选择规则，从中选择一个探测方向为第一探测方向。

在本发明的一种具体实施方式中，还包括第一调整单元，用于：

将无人机的飞行数据信息发送给云端服务器；

接收云端服务器返回的碰撞提示信息，碰撞提示信息为：云端服务器根据收集到的多个无人机的飞行数据信息确定的无人机的轨迹将与其他无人机碰撞的提示信息；

根据碰撞提示信息，调整无人机当前的飞行速度。

在本发明的一种具体实施方式中，无人机的飞行数据信息至少包括位置信息、高度信息、飞行方向信息、飞行速度信息和飞行加速度信息。

在本发明的一种具体实施方式中，还包括第二调整单元，用于：

获得多个其他无人机的飞行数据信息，多个其他无人机的飞行数据信息由云端服务器收集后发出；

基于无人机的飞行数据信息和获得的多个其他无人机的飞行数据信息，确定无人机的轨迹是否将与其他无人机碰撞；

如果是，则调整无人机当前的飞行速度。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(ram)、内存、只读存储器(rom)、电可编程rom、电可擦除可编程rom、寄存器、硬盘、可移动磁盘、cd-rom、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的技术方案及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。