一種采用UWB的四旋翼無人飛行器避障裝置制造方法及圖紙

本實用新型專利技術(shù)公開了一種采用UWB的四旋翼無人飛行器避障裝置，包括機體，在機體上設(shè)置有采集模塊，所述的采集模塊包括N個UWB測距傳感器陣列、N為≥6的正整數(shù)，UWB測距傳感器陣列以中心對稱的方式沿機體的周圍均勻設(shè)置，所述中心對稱點為機體的重心，優(yōu)選將UWB測距傳感器陣列設(shè)置機體頂部、底部、左側(cè)、右側(cè)、前側(cè)、后側(cè)方向，UWB技術(shù)利用納秒至微微秒級的非正弦波窄脈沖傳輸數(shù)據(jù)，可用來做近距離精確定位，采用利用UWB技術(shù)的UWB傳感器來進行避障探測，以實現(xiàn)在狹窄場景下進行避障的目的；還包括通信模塊、中央處理器、執(zhí)行機構(gòu)；本實用新型專利技術(shù)實現(xiàn)了一種飛行穩(wěn)定、可在狹窄場景下進行避障，以及實現(xiàn)全方位避障的目的。

A four rotor unmanned aerial vehicle obstacle avoidance device using UWB

The utility model discloses a four rotor UAV Using UWB obstacle avoidance device comprises a machine body, the body is arranged on the acquisition module, acquisition module includes a N UWB ranging sensor array, N is a positive integer greater than or equal to 6 and UWB ranging sensor array in the center of symmetry along the body evenly set the center of the body's center of gravity, preferably UWB ranging sensor array set body top and bottom, left, right, front side and back side of the direction of UWB technology, using non sinusoidal nanosecond to picosecond pulse transmission of data, can be used to make close to the accurate positioning, obstacle detection with UWB sensor using UWB technology, for the purpose of obstacle avoidance in the narrow scene to achieve; also includes a communication module, a central processor, the actuator; the utility model realizes a The utility model has the advantages of stable flight, obstacle avoidance in narrow scenes and omnibearing obstacle avoidance.

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
一種采用UWB的四旋翼無人飛行器避障裝置
本技術(shù)涉及無人飛行器領(lǐng)域，具體涉及一種采用UWB的四旋翼無人飛行器避障裝置。
技術(shù)介紹
四旋翼無人飛行器是近年來新興發(fā)展起來的一種無人飛行器技術(shù)，四旋翼無人飛行器與其他飛行器相比，其機械結(jié)構(gòu)簡單緊湊，行動更為靈活，起降環(huán)境要求較低，具有良好的操作性能，可以小范圍實現(xiàn)起飛、懸停、降落。由于這些特點，四旋翼飛行器廣泛應(yīng)用于電力巡線、航拍、監(jiān)視、偵查、應(yīng)急救援等諸多領(lǐng)域。目前的四旋翼無人飛行器主要采用超聲、光學攝像頭等手段避障，前者有效距離短，而后者受環(huán)境影響大，影響了其在很多領(lǐng)域的應(yīng)用。并且，現(xiàn)有技術(shù)中的四旋翼無人飛行器只能實現(xiàn)前進方向上自主避障，且狹窄區(qū)域飛行時，無人機不止能受到前方障礙物的影響，兩側(cè)也會受到碰觸到障礙物的威脅。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本技術(shù)所要解決的技術(shù)問題是現(xiàn)有技術(shù)中四旋翼無人飛行器采用超聲傳感器或光學攝像頭避障存在探測面以及避障方向單一，特別是在狹窄區(qū)域飛行時，無人機容易受多方向障礙物的威脅，目的在于提供一種采用UWB的四旋翼無人飛行器避障裝置，實現(xiàn)一種飛行穩(wěn)定、可在狹窄場景下進行避障，以及實現(xiàn)全方位避障的目的。本技術(shù)通過下述技術(shù)方案實現(xiàn)：一種采用UWB的四旋翼無人飛行器避障裝置，包括機體，在機體上設(shè)置有采集模塊，所述的采集模塊包括N個UWB測距傳感器陣列、N為≥6的正整數(shù)，UWB測距傳感器陣列以中心對稱的方式沿機體的周圍均勻設(shè)置，所述中心對稱點為機體的重心；還包括通信模塊、中央處理器、執(zhí)行機構(gòu)，其中：所述的采集模塊采集機體四周障礙物與機體之間的距離數(shù)據(jù)，并將采集的距離數(shù)據(jù)傳輸給通信模塊；所述的通信模塊接收采集模塊傳輸?shù)木嚯x數(shù)據(jù)，并將距離數(shù)據(jù)傳輸給中央處理器；所述的中央處理器接收通信模塊傳輸?shù)木嚯x數(shù)據(jù)，發(fā)送航向驅(qū)動指令到執(zhí)行機構(gòu)；所述的執(zhí)行機構(gòu)接收中央處理器傳輸?shù)暮较蝌?qū)動指令，控制機體的飛行方向、飛行高度和飛行姿態(tài)。進一步的，經(jīng)科學發(fā)現(xiàn)，UWB技術(shù)利用納秒至微微秒級的非正弦波窄脈沖傳輸數(shù)據(jù)，可用來做近距離精確定位，并且具有抗干擾性能強，傳輸速率高，系統(tǒng)容量大等優(yōu)點，所以本技術(shù)的專利技術(shù)人利用采用UWB技術(shù)的UWB傳感器來進行避障探測，使得飛行器在狹窄場景下也能自主實時避障。另外，專利技術(shù)人還注意到隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，在無人機體上安裝多個高精度小體積的器件已經(jīng)不是難題，可利用運樣的現(xiàn)有技術(shù)條件在無人機上安裝多個距離傳感器，從而根據(jù)多個距離傳感器測量的距離數(shù)據(jù)實現(xiàn)實時的避障，最大限度減少機體損傷和人員傷害。所以本技術(shù)構(gòu)建了包括采集模塊、通信模塊、中央處理器、執(zhí)行機構(gòu)的避障執(zhí)行系統(tǒng)，其中，在采集模塊中設(shè)置了至少6個的UWB測距傳感器陣列，并且UWB測距傳感器陣列以中心對稱的方式沿機體的周圍均勻設(shè)置，相比現(xiàn)有技術(shù)的無人機避障系統(tǒng)只保持關(guān)注其飛行方向正前方的水平方向，本技術(shù)這樣的分布方式可以探測到多個方向上的距離數(shù)據(jù)，采集范圍更廣，有利于實現(xiàn)全方位的無人機避障，同時可以保證機體重量平衡，從而保證飛行過程中平穩(wěn)飛行。本技術(shù)的中央處理器在接收到通信模塊傳輸?shù)木嚯x數(shù)據(jù)后與現(xiàn)有技術(shù)中飛行器避障裝置避障前方的障礙物一樣的方式，同時對機體的多個方向的距離數(shù)據(jù)進行處理，根據(jù)機體底部的UWB測距傳感器陣列傳輸?shù)木嚯x數(shù)據(jù)計算出飛行高度，并據(jù)此通過執(zhí)行機構(gòu)調(diào)整飛行高度；依據(jù)多個所述距離數(shù)據(jù)檢測飛行器本體的俯仰角和滾轉(zhuǎn)角以確定飛行器本體的姿態(tài)變化，并據(jù)此調(diào)整飛行姿態(tài)。所述的采集單元包括UWB測距傳感器陣列，所述UWB測距傳感器陣列分別設(shè)置在機體頂部、底部、左側(cè)、右側(cè)、前側(cè)、后側(cè)方向，每個方向至少包括1個UWB測距傳感器陣列。進一步的，進一步的，機體頂部、底部、左側(cè)、右側(cè)、前側(cè)、后側(cè)方向為優(yōu)選位置，即與水平面垂直向上、與水平面垂直向下、水平向左、水平向右、水平向前、水平向后6個方向，在無人機飛行過程中，可隨時通過6個方向的UWB測距傳感器陣列獲取可能遇到的任何障礙物距離機體的距離數(shù)據(jù)，從而及時的做出避障動作，保證機體安全，從而實現(xiàn)全方位的無人機避障。在UWB測距傳感器陣列中包括M個UWB傳感器、M為≥3的正整數(shù)，所述UWB傳感器以測量方向軸發(fā)散的形式排列成陣列。進一步的，每個方向上的UWB傳感器均以測量方向軸發(fā)散的形式排列成陣列，測量方向軸是指距離傳感器測量的方向，例如在無人機上采用了UWB測距傳感器陣列，安裝在無人機的正下方，UWB測距傳感器陣列可以根據(jù)測量方向軸的指向方向檢測正下方的距離數(shù)據(jù)。測量方向軸發(fā)散的形式是指在測量一個方向時，采用多個UWB傳感器時，測量方向相互不平行的發(fā)散形式，基于此種設(shè)計方法，測量方向軸可與正下方方向有夾角，通過發(fā)散的設(shè)計可保證獲取較、大的測量面積，從而增大無人機的保護范圍，在條件允許的情況下，安裝越多的UWB傳感器，其測量精度越高，避障越實時。同時，每個UWB測距傳感器陣列中至少裝配3個UWB傳感器，裝在每個平面的3個UWB傳感器形成一個獨立的相控陣單元，可朝各自面向的方向發(fā)射微波波束，波束方向可變，從而可覆蓋各自方向的空間，可實現(xiàn)對三維立體空間障礙物的探測。在UWB測距傳感器陣列還包括不同量程的激光傳感器。進一步的，激光測距傳感器和UWB傳感器結(jié)合，激光傳感器的發(fā)射模塊會以一定頻率不停的向外發(fā)送激光，本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員可以理解，當電磁波接觸到障礙物時，會彈回而被UWB傳感器的接收模塊接收到，從而生成距離數(shù)據(jù)，可以理解根據(jù)電磁波的傳播速度和傳播時間可計算出無人機與障礙物之間的距離。UWB傳感器具備為實時的室內(nèi)外精確跟蹤能力，定位精度可以到幾個厘米，UWB傳感器在室內(nèi)外精確探測方面將會對激光傳感器探測障礙物起到一個很好的補充作用，從而在不僅在寬闊場景適用，在狹窄場景也適用。本技術(shù)與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下的優(yōu)點和有益效果：1、本技術(shù)一種采用UWB的四旋翼無人飛行器避障裝置，UWB技術(shù)利用納秒至微微秒級的非正弦波窄脈沖傳輸數(shù)據(jù)，可用來做近距離精確定位，采用利用UWB技術(shù)的UWB傳感器來進行避障探測，以實現(xiàn)在狹窄場景下進行避障的目的；2、本技術(shù)一種采用UWB的四旋翼無人飛行器避障裝置，所述的采集模塊包括N個UWB測距傳感器陣列、N為大于等于6的正整數(shù)，UWB測距傳感器陣列以中心對稱的方式沿機體的周圍均勻設(shè)置，所述中心對稱點為機體的重心，優(yōu)選將UWB測距傳感器陣列沿機體頂部、底部、左側(cè)、右側(cè)、前側(cè)、后側(cè)6個方向設(shè)置，以上方式不僅可以探測到多個方向上的距離數(shù)據(jù)，使得采集范圍更廣，有利于實現(xiàn)全方位的無人機避障，同時可以保證機體重量平衡，從而保證飛行過程中平穩(wěn)飛行；3、本技術(shù)一種采用UWB的四旋翼無人飛行器避障裝置，在UWB測距傳感器陣列中包括M個UWB傳感器、M為大于等于3的正整數(shù)，所述UWB傳感器以測量方向軸發(fā)散的形式排列成陣列，通過發(fā)散的設(shè)計可保證獲取較、大的測量面積，從而增大無人機的保護范圍，同時每個UWB測距傳感器陣列中至少裝配3個UWB傳感器，可覆蓋各自方向的空間，還能實現(xiàn)對三維立體空間障礙物的探測。附圖說明此處所說明的附圖用來提供對本技術(shù)實施例的進一步理解，構(gòu)成本申請的一部分，并不構(gòu)成對本技術(shù)實施例的限定。在附圖中：圖1為本技術(shù)的結(jié)構(gòu)示意圖。具體實施方式為使本技術(shù)的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護點】
一種采用UWB的四旋翼無人飛行器避障裝置，包括機體，在機體上設(shè)置有采集模塊，其特征在于，所述的采集模塊包括N個UWB測距傳感器陣列、N為≥6的正整數(shù)，UWB測距傳感器陣列以中心對稱的方式沿機體的周圍均勻設(shè)置，所述中心對稱點為機體的重心；還包括通信模塊、中央處理器、執(zhí)行機構(gòu)，其中：所述的采集模塊采集機體四周障礙物與機體之間的距離數(shù)據(jù)，并將采集的距離數(shù)據(jù)傳輸給通信模塊；所述的通信模塊接收采集模塊傳輸?shù)木嚯x數(shù)據(jù)，并將距離數(shù)據(jù)傳輸給中央處理器；所述的中央處理器接收通信模塊傳輸?shù)木嚯x數(shù)據(jù)，發(fā)送航向驅(qū)動指令到執(zhí)行機構(gòu)；所述的執(zhí)行機構(gòu)接收中央處理器傳輸?shù)暮较蝌?qū)動指令，控制機體的飛行方向、飛行高度和飛行姿態(tài)。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種采用UWB的四旋翼無人飛行器避障裝置，包括機體，在機體上設(shè)置有采集模塊，其特征在于，所述的采集模塊包括N個UWB測距傳感器陣列、N為≥6的正整數(shù)，UWB測距傳感器陣列以中心對稱的方式沿機體的周圍均勻設(shè)置，所述中心對稱點為機體的重心；還包括通信模塊、中央處理器、執(zhí)行機構(gòu)，其中：所述的采集模塊采集機體四周障礙物與機體之間的距離數(shù)據(jù)，并將采集的距離數(shù)據(jù)傳輸給通信模塊；所述的通信模塊接收采集模塊傳輸?shù)木嚯x數(shù)據(jù)，并將距離數(shù)據(jù)傳輸給中央處理器；所述的中央處理器接收通信模塊傳輸?shù)木嚯x數(shù)據(jù)，發(fā)送航向驅(qū)動指令到執(zhí)行機構(gòu)；所述的執(zhí)行機構(gòu)接收中央處理器傳輸?shù)暮较蝌?qū)動指令，控制機體的飛行方...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：鄧創(chuàng)，王圣偉，薛智航，
申請(專利權(quán))人：國網(wǎng)四川省電力公司電力應(yīng)急中心，國家電網(wǎng)公司，
類型：新型
國別省市：四川,51