CN106275470B - 飞行器及其避障方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种飞行器及其避障方法和系统，所述避障系统包括一摄像装置、一云台增稳系统和一第二控制器；所述云台增稳系统包括一云台主体和一云台控制系统，所述云台主体设置有所述摄像装置，所述摄像装置用于在所述飞行器飞行时捕获飞行方向上的图像，所述云台控制系统与所述云台主体连接；所述第二控制器用于判断所述摄像装置捕获的图像中是否存在障碍物，若存在，则根据所述障碍物的位置改变所述飞行器的飞行方向，若不存在，则控制所述飞行器沿当前飞行方向飞行。本发明弥补了现有的飞行器不能自动躲避障碍物的不足，能够使得所述飞行器脱离操控者的控制，自动避开前方的障碍物，防止飞行器发生撞击。

Description

飞行器及其避障方法和系统

技术领域

本发明涉及飞行器的避障领域，尤其涉及一种飞行器及其避障方法和系统。

背景技术

飞行器在飞行过程如何避开障碍物是飞行控制的一大难题。现有技术中通常是依赖操控者的遥控水平，即操控者首先利用肉眼判断飞行器的周围是否有障碍物，然后通过遥控控制飞行器改变飞行的方向以躲避障碍物。然而，在实际操作中这种方式常常出现以下情况：

1、如果飞行器已经飞到了操控者的视野之外，操控者就无法知道飞行器的周围是否有障碍物；

2、即使操控者看见了障碍物，操控者也有可能出现操作不当，而使飞行器撞击障碍物。

由此看来，无论上述哪种情况出现，飞行器都难免会撞击障碍物，导致损坏或损毁。

发明内容

本发明要解决的技术问题是为了克服现有的飞行器不能自动躲避障碍物的缺陷，提供一种能够自动躲避障碍物的飞行器及其避障方法和系统。

本发明是通过以下技术方案解决上述技术问题的：

本发明提供一种飞行器的避障系统，其特点是，包括一摄像装置、一云台增稳系统和一第二控制器；

所述云台增稳系统包括一云台主体和一云台控制系统，所述云台主体设置有所述摄像装置，所述摄像装置用于在所述飞行器飞行时捕获飞行方向上的图像，所述云台控制系统与所述云台主体连接；

所述第二控制器用于判断所述摄像装置捕获的图像中是否存在障碍物，若存在，则根据所述障碍物的位置改变所述飞行器的飞行方向，若不存在，则控制所述飞行器沿当前飞行方向飞行。

所述摄像装置捕获的图像即为所述飞行器前方的图像，如飞行器向东飞行，那么摄像装置捕获的就是东面的图像，向西飞行则捕获的就是西面的图像。本发明中改变所述飞行器的飞行方向可以为控制所述飞行器的飞行方向向上、下、左、右等任意方向移动。在改变所述飞行器的飞行方向之后，所述第二控制器会所述摄像装置最新捕获的图像来判断所述飞行器是否需要再次改变飞行方向。所述避障系统能够使得所述飞行器脱离操控者的控制，自动避开前方的障碍物，防止发生撞击，避免飞行器损坏。

较佳地，所述云台控制系统包括一第一控制器、一第一电机和一第二电机，所述第一电机和所述第二电机分别用于控制所述云台主体在三维坐标系的Pitch轴和Roll轴的轴向上的转动，所述第一控制器包括一平衡控制模块，所述平衡控制模块分别与所述第一电机、所述第二电机电连接，并且用于控制所述第一电机、所述第二电机的运转。

本发明的所述云台控制系统可以仅设有Pitch轴和Roll轴的两轴电机，在第三轴Yaw轴的轴向则是固定的，无需设置对应的电机。这种情形下，所述平衡控制模块仅用于控制两轴电机的运转时的所述摄像装置的摄像方向向前，保证摄像装置的稳定性和平衡性。

较佳地，所述云台控制系统还包括一第三电机，所述第三电机用于控制所述云台主体在三维坐标系的Yaw轴的轴向上的转动，所述平衡控制模块还与所述第三电机电连接、并用于控制所述第一电机、所述第二电机和所述第三电机的运转。

这种情况下，通过三轴电机的运转控制所述摄像装置的方向，能够以更平稳的方式进行控制。本领域技术人员应当理解，Yaw轴为航向轴、Pitch轴为俯仰轴、Roll轴为横滚轴，绕航向轴的转动为相对于飞机前进方向的左右转动，绕俯仰轴的转动为相对于飞机前进方向的上下转动，绕横滚轴的转动为以机身长度方向为轴的转动。

较佳地，还包括一测距模组；

所述第二控制器还用于在判断出所述摄像装置捕获的图像中存在障碍物时，调用所述测距模组检测所述飞行器与所述障碍物之间的距离，若所述距离小于或等于一距离阈值，则根据所述障碍物的位置改变所述飞行器的飞行方向，若所述距离大于所述距离阈值，则控制所述飞行器沿当前飞行方向飞行。

由于所述摄像装置捕获的图像往往都是二维平面的，所以增设测距模组可以辅助判断障碍物的位置，防止飞行器过早地改变飞行方向。

较佳地，所述第二控制器还用于在判断出所述摄像装置捕获的图像中存在障碍物时，判断所述障碍物的高度是否高于所述飞行器的飞行高度，若是，则调高所述飞行器的飞行高度，若否，则控制所述飞行器沿当前飞行方向飞行。

考虑到飞行器可能会飞到一个较为复杂的环境，很难保证捕获的图像中完全没有障碍物，所以通过计算障碍物的高度来判断是否需要调整飞行器的飞行高度，本技术方案能够减少调整飞行器的飞行情况的次数，避免频繁地调整飞行器，增加系统的负担。

较佳地，所述避障系统包括多个摄像装置，该些摄像装置分别设于所述云台主体的不同方向上。

多个摄像装置可以捕获多个方向上的图像，进而可以多方位的避障。如在所述云台主体的前后左右分别设置摄像装置，可以使飞行器无论向哪个方向飞行都能避障。

较佳地，所述测距模组为一激光测距模组。所述激光测距模组采用现有技术即可实现，故在此不再赘述。

较佳地，所述避障系统还包括一无线发送模块，所述无线发送模块用于将所述摄像装置捕获的图像发送至一用于控制所述飞行器的遥控器。

其中，所述遥控器可以显示接收到的图像，以便于操控者查看飞行器前方是否有障碍物。

较佳地，所述第二控制器还用于接收所述遥控器发出的控制信号并根据所述控制信号对所述飞行器进行控制。

其中，所述控制可以包括改变飞行器的飞行方向和飞行速度等。所述避障系统不仅能够自动避开障碍物，还能通过执行遥控器发出的控制信号避开障碍物，实现了手动自动一体化。

本发明还提供一种飞行器，其特点是，包括上述各优选条件任意组合的一种避障系统。

本发明还提供一种飞行器的避障方法，其特点是，所述避障方法包括：

S₁、在所述飞行器飞行时捕获飞行方向上的图像；

S₂、判断捕获的图像中是否存在障碍物，若存在，则执行S₃，若不存在，则执行S₄；

S₃、根据所述障碍物的位置改变所述飞行器的飞行方向；

S₄、控制所述飞行器沿当前飞行方向飞行。

较佳地，还包括；

在S₂判断出捕获的图像中存在障碍物时，执行T₁；

T₁、检测所述飞行器与所述障碍物之间的距离，若所述距离小于或等于一距离阈值，则执行S₃，若所述距离大于所述距离阈值，则执行S₄。

较佳地，还包括在S₂判断出捕获的图像中存在障碍物时，执行P₁；

P₁、判断所述障碍物的高度是否高于所述飞行器的飞行高度，若是，则调高所述飞行器的飞行高度，若否，则控制所述飞行器沿当前飞行方向飞行。

较佳地，还包括以下步骤：

将捕获的图像发送至一用于控制所述飞行器的遥控器。

较佳地，还包括以下步骤：

接收所述遥控器发出的控制信号并根据所述控制信号对所述飞行器进行控制。

在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本发明各较佳实例。

本发明的积极进步效果在于：本发明的飞行器及其避障方法和系统能够使得所述飞行器脱离操控者的控制，减少操控者的控制压力，自动避开前方的障碍物，防止飞行器因发生撞击而造成损坏或损毁。并且，摄像装置的稳定性得到了很好的保证，为准确地避障提供了可靠的保障。

附图说明

图1为本发明的实施例的飞行器的避障系统的系统示意图。

图2为本发明的实施例的图像示意图。

图3为本发明的实施例的飞行器的避障方法的流程图。

图4为本发明的实施例的飞行器的避障方法的另一流程图。

具体实施方式

下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。

实施例

如图1所示，本实施例的避障系统包括一摄像装置11、一云台增稳系统和一第二控制器14。所述云台增稳系统包括一云台主体12和一云台控制系统13，所述云台主体12设置有所述摄像装置11，所述摄像装置11用于在所述飞行器飞行时捕获飞行方向上的图像，所述云台控制系统13与所述云台主体12连接。

所述云台控制系统13包括一第一控制器、一第一电机、一第二电机和一第三电机，所述第一电机、所述第二电机及所述第三电机用于分别控制所述云台主体12在三维坐标系的三个轴向上的转动。所述第一控制器包括一平衡控制模块，所述平衡控制模块分别与所述第一电机、所述第二电机、所述第三电机电连接，并且用于控制所述第一电机、所述第二电机及所述第三电机的运转以保证所述摄像装置11的摄像方向向前。

所述第一电机、所述第二电机及所述第三电机用于分别控制所述云台主体12在Yaw轴、Pitch轴和Roll轴上的转动。

所述第二控制器14用于判断所述摄像装置11捕获的图像中是否存在障碍物，若存在，则根据所述障碍物的位置改变所述飞行器的飞行方向，若不存在，则控制所述飞行器沿当前飞行方向飞行。例如所述摄像装置捕获的图像如图2所示，在左下角有一障碍物A，那么飞行器的飞行方向就向右上方移动。

为了使所述避障系统更准确地判断出障碍物的位置，所述避障系统还进一步地包括一测距模组15，所述测距模15为一激光测距模组。

所述第二控制器14还用于在判断出所述摄像装置捕获的图像中存在障碍物时，调用所述测距模组15检测所述飞行器与所述障碍物之间的距离，若所述距离小于或等于一距离阈值，则根据所述障碍物的位置改变所述飞行器的飞行方向，若所述距离大于所述距离阈值，则控制所述飞行器沿当前飞行方向飞行。依旧以图2为例，通过所述测距模组13测得障碍物A与飞行器之间的距离为10米，若预先设定的距离阈值为5米，那么此时飞行器就会先沿着当前的飞行方向继续飞行，直至测距模组测得障碍物A与飞行器之间的距离缩短为5米时，才会改变飞行方向。

为了避免频繁地调整飞行器的飞行情况，所述第二控制器14还用于在判断出所述摄像装置11捕获的图像中存在障碍物时，判断所述障碍物的高度是否高于所述飞行器的飞行高度，若是，则调高所述飞行器的飞行高度，若否，则控制所述飞行器沿当前飞行方向飞行。

为了进行多方位的避障，所述避障系统还包括多个摄像装置，该些摄像装置分别设于所述云台主体的不同方向上，用于捕获不同方向的图像。此时，所述避障系统可以为每一摄像装置分别配置一个测距模组配合使用，也可以所有摄像装置共用一个可旋转的、能够测量多个方向的距离的测距模组。

所述避障系统还包括一无线发送模块16。所述无线发送模块16用于将所述摄像装置11捕获的图像发送至一用于控制所述飞行器的遥控器。所述遥控器可以显示接收到的图像，以便于操控者查看飞行器前方是否有障碍物。

所述第二控制器14还用于接收所述遥控器发出的控制信号并根据所述控制信号对所述飞行器进行控制。

本实施例的飞行器包括所述避障系统和现有飞行器的其它部件。

如图3所示，一种飞行器的避障方法，包括以下步骤：

步骤21、在所述飞行器飞行时捕获飞行方向上的图像；

步骤22、判断捕获的图像中是否存在障碍物，若存在，则执行步骤23，若不存在，则执行步骤24。

步骤23、根据所述障碍物的位置改变所述飞行器的飞行方向。

步骤24、控制所述飞行器沿当前飞行方向飞行。

如图4所示，为了避免频繁地调整飞行器的飞行情况以及使所述避障系统更准确地判断出障碍物的位置，所述避障方法还可以进一步包括：

在判断出捕获的图像中存在障碍物时，执行步骤25：判断所述障碍物的高度是否高于所述飞行器的飞行高度，若是，则执行步骤26，若否，则执行步骤24。

步骤26、检测所述飞行器与所述障碍物之间的距离，若所述距离小于或等于一距离阈值，则调高所述飞行器的飞行高度，若所述距离大于所述距离阈值，则执行步骤24。

此外，所述避障方法还可以包括以下步骤：

将捕获的图像发送至一用于控制所述飞行器的遥控器，以及，接收所述遥控器发出的控制信号并根据所述控制信号对所述飞行器进行控制。

通过所述避障方法，操控者可以从遥控器显示出的飞行器前方的图像中判断是否需要躲避障碍物，若需要，操控者还能够通过遥控器手动控制飞行器进行调整，以安全通过前方区域。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (15)

1.一种飞行器的避障系统，其特征在于，包括一摄像装置、一云台增稳系统和一第二控制器；

所述云台增稳系统包括一云台主体和一云台控制系统，所述云台主体设置有所述摄像装置，所述摄像装置用于在所述飞行器飞行时捕获飞行方向上的图像，所述云台控制系统与所述云台主体连接；

所述第二控制器用于判断所述摄像装置捕获的图像中是否存在障碍物，若存在，则根据所述障碍物的位置改变所述飞行器的飞行方向，若不存在，则控制所述飞行器沿当前飞行方向飞行。

2.如权利要求1所述的避障系统，其特征在于，所述云台控制系统包括一第一控制器、一第一电机和一第二电机，所述第一电机和所述第二电机分别用于控制所述云台主体在三维坐标系的P itch轴和Ro l l轴的轴向上的转动，所述第一控制器包括一平衡控制模块，所述平衡控制模块分别与所述第一电机、所述第二电机电连接，并且用于控制所述第一电机、所述第二电机的运转。

3.如权利要求2所述的避障系统，其特征在于，所述云台控制系统还包括一第三电机，所述第三电机用于控制所述云台主体在三维坐标系的Yaw轴的轴向上的转动，所述平衡控制模块还与所述第三电机电连接、并用于控制所述第一电机、所述第二电机和所述第三电机的运转。

4.如权利要求1所述的避障系统，其特征在于，还包括一测距模组；

所述第二控制器还用于在判断出所述摄像装置捕获的图像中存在障碍物时，调用所述测距模组检测所述飞行器与所述障碍物之间的距离，若所述距离小于或等于一距离阈值，则根据所述障碍物的位置改变所述飞行器的飞行方向，若所述距离大于所述距离阈值，则控制所述飞行器沿当前飞行方向飞行。

5.如权利要求4所述的避障系统，其特征在于，所述测距模组为一激光测距模组。

6.如权利要求1所述的避障系统，其特征在于，所述第二控制器还用于在判断出所述摄像装置捕获的图像中存在障碍物时，判断所述障碍物的高度是否高于所述飞行器的飞行高度，若是，则调高所述飞行器的飞行高度，若否，则控制所述飞行器沿当前飞行方向飞行。

7.如权利要求1所述的避障系统，其特征在于，所述避障系统包括多个摄像装置，该些摄像装置分别设于所述云台主体的不同方向上。

8.如权利要求1所述的避障系统，其特征在于，所述避障系统还包括一无线发送模块，所述无线发送模块用于将所述摄像装置捕获的图像发送至一用于控制所述飞行器的遥控器。

9.如权利要求8所述的避障系统，其特征在于，所述第二控制器还用于接收所述遥控器发出的控制信号并根据所述控制信号对所述飞行器进行控制。

10.一种飞行器，其特征在于，包括如权利要求1-9中任意一项所述的避障系统。

11.一种基于权利要求10所述的飞行器的避障方法，其特征在于，所述避障方法包括：

S₁、在所述飞行器飞行时捕获飞行方向上的图像；

S₂、判断捕获的图像中是否存在障碍物，若存在，则执行S₃，若不存在，则执行S₄；

S₃、根据所述障碍物的位置改变所述飞行器的飞行方向；

S₄、控制所述飞行器沿当前飞行方向飞行。

12.如权利要求11所述的避障方法，其特征在于，还包括；

在S₂判断出捕获的图像中存在障碍物时，执行T₁；

T₁、检测所述飞行器与所述障碍物之间的距离，若所述距离小于或等于一距离阈值，则执行S₃，若所述距离大于所述距离阈值，则执行S₄。

13.如权利要求11所述的避障方法，其特征在于，还包括在S₂判断出捕获的图像中存在障碍物时，执行P₁；

P₁、判断所述障碍物的高度是否高于所述飞行器的飞行高度，若是，则调高所述飞行器的飞行高度，若否，则控制所述飞行器沿当前飞行方向飞行。

14.如权利要求11所述的避障方法，其特征在于，还包括以下步骤：

将捕获的图像发送至一用于控制所述飞行器的遥控器。

15.如权利要求14所述的避障方法，其特征在于，还包括以下步骤：

接收所述遥控器发出的控制信号并根据所述控制信号对所述飞行器进行控制。