一种编队无人机声波防碰撞方法及系统与流程

1.本发明涉及无人机的技术领域，具体涉及一种编队无人机声波防碰撞方法及系统。


背景技术：

2.目前，编队无人机灯光表演已经成为商业广告、城市宣传等重大活动的新宠，受到大量的关注，开发了城市地标夜空经济模式。
3.而由于每次表演，动用的编队无人机数量基本上都是成百上千台，当卫星定位发生偏差、机身硬件存在隐性损伤，在密集度较高的空域，就有可能会发生编队无人机之间的碰撞，最终导致发生碰撞的无人机坠落等事故，容易砸伤观众。
4.而在现有技术中，一部分航拍无人机具有视觉避障功能，当避障传感器前方出现障碍物时，会触发避障动作，从而可避免无人机之间的碰撞。但这种视觉避障功能只能在光线良好的环境下感知具有一定宽度的物体，会有一定的局限性。
5.同时，编队无人机在降落时，基本上是依靠气压高度计来判断是否将电机切换成怠速锁桨状态。当气压高度计的测量值出现偏差时，无人机就会出现还没落地就锁桨或者触地后不锁桨的状态，从而造成无人机难以及时回收。


技术实现要素：

6.为了解决上述现有技术存在的问题，本发明目的之一在于提供一种编队无人机声波防碰撞方法，本方法通过声波发射和接收回波信号，测得障碍物距离，使编队无人机具备一定的空间感知能力，降低无人机之间的碰撞几率。本发明目的之二在于提供一种编队无人机声波防碰撞系统，本系统在无人机上结合了声波探测装置，便于无人机对彼此的探测以及提高对周围障碍物的探测功能，尤其是落地时不易产生碰撞和损坏无人机的机翼或螺旋桨。
7.本发明所述的一种编队无人机声波防碰撞方法，包括以下步骤：
8.s1、在无人机上安装声波探测装置，且所述声波探测装置与无人机的飞控芯片相连接；
9.s2、编队无人机配合地面站软件，设定声波探测的防碰撞距离；
10.s3、当无人机互相接近到防碰撞距离时，无人机的飞控芯片进行飞行姿态调整；
11.s4、飞控芯片在预设飞行轨迹的基础下，增加一个与碰撞预警方向相反的轨迹变量，持续一段时间，实现避让操作；
12.s5、避让操作完成后，无人机继续按照设定的飞行轨迹执行编队表演。
13.在其中一个实施例中，所述声波探测装置包括声波发生装置和回波接收装置，且所述声波发生装置和所述回波接收装置成对布置，并分别设于无人机的机臂顶端、机身顶部和机身腹部。
14.在其中一个实施例中，还包括无人机降落的步骤：当编队无人机正常表演完成后，
执行降落程序，无人机机身腹部处的所述声波探测装置测得无人机与地面的距离数据，并实时反馈至所述飞控芯片以辅助无人机降落。
15.在其中一个实施例中，所述飞控芯片上还连接有测算芯片，所述测算芯片用于通过所述声波发生装置发出声波与所述回波接收装置接收回波的时间差，得出无人机与外界障碍物之间的距离。
16.在其中一个实施例中，在所述步骤s2中，设定声波探测的防碰撞距离为0.5～1m。
17.在其中一个实施例中，在所述步骤s4中，避让操作持续时间为1～2s。
18.一种编队无人机声波防碰撞系统，应用上述一种编队无人机声波防碰撞方法，包括：
19.多组声波探测装置，分别安装于无人机的四个机臂顶端以及机身的顶部和腹部，用于通过发射声波和接收回波来进行障碍物的探测；
20.测算芯片，通过无人机的飞控芯片分别与多组所述声波探测装置相连接，用于通过发射声波和接收回波的时间差计算无人机与障碍物之间的距离。
21.在其中一个实施例中，多组所述声波探测装置均分别包括声波发生装置和回波接收装置，所述声波发生装置和所述回波接收装置分别与无人机的飞控芯片相连接，同一无人机上的各所述声波发生装置发出的声波频率互不相同。
22.与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：
23.1、本发明的方法通过声波发射和接收回波信号，测得障碍物距离，使编队无人机具备一定的空间感知能力，降低无人机之间的碰撞几率。
24.2、本系统在无人机上结合了声波探测装置，便于无人机对彼此的探测以及提高对周围障碍物的探测功能，尤其是落地时不易产生碰撞和损坏无人机的机翼或螺旋桨。
25.3、本发明使编队无人机具备对外界的感知能力，能实时监测无人机自身周围一定范围内是否存在障碍物，以及感知自身与障碍物的距离，使编队无人机能在一定程度上降低在飞行过程中发生碰撞的几率。而辅助降落机制有助于无人机在降落过程中，有多个判断条件来确定是否进行怠速锁桨动作，防止气压高度计测量值出现偏差而导致无人机降落触地后的弹跳现象。
附图说明
26.图1是本发明一种编队无人机声波防碰撞方法的流程图；
27.图2是本发明一种编队无人机声波防碰撞系统的结构示意图；
28.图3是本发明的单台无人机的俯视图；
29.图4是本发明的单台无人机的侧视图。
30.附图标记说明：1-无人机，2-声波探测装置。
具体实施方式
31.附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
32.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“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，也可以是通过中间媒介间接连接，可以说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的具体含义。下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。
33.如图1～图4所示，本发明的一种编队无人机声波防碰撞方法，包括以下步骤：
34.s1、在无人机上安装声波探测装置2，且声波探测装置2与无人机1的飞控芯片相连接；
35.s2、编队无人机配合地面站软件，设定声波探测的防碰撞距离；
36.s3、当无人机1互相接近到防碰撞距离时，无人机1的飞控芯片进行飞行姿态调整；
37.s4、飞控芯片在预设飞行轨迹的基础下，增加一个与碰撞预警方向相反的轨迹变量，持续一段时间，实现避让操作；
38.s5、避让操作完成后，无人机1继续按照设定的飞行轨迹执行编队表演。
39.本发明通过声波发射和接收回波信号，测得障碍物距离，使编队无人机具备一定的空间感知能力，降低无人机1之间的碰撞几率。本方法需要把声波探测装置2结合到无人机1上，首先通过飞控芯片与声波探测装置2连接，从而为其供电和提供启动控制以及接收反馈，当两台无人机1过于靠近而小于防碰撞距离时，无人机1的飞控芯片就会通过声波探测装置2的反馈而启动避让程序模式，即飞控芯片控制无人机1向碰撞预警方向相反的方向移动，从而让两台无人机1隔开足够的距离，避免相撞，即可重新执行原飞行表演轨迹。
40.在其中一个实施例中，声波探测装置2包括声波发生装置和回波接收装置，且声波发生装置和回波接收装置成对布置，并分别设于无人机1的机臂顶端、机身顶部和机身腹部。声波探测装置2主要由发射声波的声波发生装置以及接收回波的回波接收装置组成，而其成对地布置在无人机1四周，用于实时监测无人机1四周包括上下方向的环境，以便实时启动防碰撞的避让模式，从而躲避障碍物。这样不仅可针对两台无人机1之间的避让，还能避免无人机1与空中飘荡的气球等物件的撞击，从而保护无人机1，减少可能出现的损失。
41.此外，本方法还包括无人机降落的步骤：当编队无人机正常表演完成后，执行降落程序，无人机1机身腹部处的声波探测装置测得无人机与地面的距离数据，并实时反馈至飞控芯片以辅助无人机降落。声波探测装置2除了让无人机1可在空中实现互相避让和躲开障碍物，还能辅助无人机1表演结束后的原地降落，通过机身腹部处的声波探测装置2实时监测无人机1与地面之间的距离，从而为飞控芯片提供实时数据，当达到预设值时将开工至电机进入怠机状态，逐渐减慢螺旋桨等的转速，进而保护无人机1并实现安全降落。
42.在其中一个实施例中，飞控芯片上还连接有测算芯片，测算芯片用于通过声波发生装置发出声波与回波接收装置接收回波的时间差，得出无人机与外界障碍物之间的距离。本方法在声波检测的基础上还增加设置了测算芯片，以通过声波往返的时间差计算准确的距离数据，从而可根据该数据在避让程序中进行调整，适配合适的避让操作持续时间。另外，在无人机1降落时，也能根据实际距离数据与预设值进行对比，而准确进入怠机状态。
43.而进一步地，在步骤s2中，设定声波探测的防碰撞距离为0.5～1m，确保即使有实际距离偏差以及无人机1长宽大小的影响下，无人机1之间也不会发生碰撞，而预设防碰撞距离又不能过远，以确保编队无人机中各无人机1的密度而不影响表演效果。在步骤s4中，避让操作持续时间为1～2s，根据无人机1的反应调整时间及其飞行速度，让无人机1互相拉
开距离，以超过上述的预设防碰撞距离，从而完成避让操作。
44.一种编队无人机声波防碰撞系统，应用上述一种编队无人机声波防碰撞方法，包括：
45.多组声波探测装置2，分别安装于无人机1的四个机臂顶端以及机身的顶部和腹部，用于通过发射声波和接收回波来进行障碍物的探测；
46.测算芯片，通过无人机的飞控芯片分别与多组声波探测装置相连接，用于通过发射声波和接收回波的时间差计算无人机1与障碍物之间的距离。
47.本发明的系统在无人机1上结合了声波探测装置2，便于无人机1对彼此的探测以及提高对周围障碍物的探测功能，尤其是落地时不易产生碰撞和损坏无人机1的机翼或螺旋桨。利用声波探测装置2发射声波和接收回波，并实时通过测算芯片根据声波发射回收之间的时间差，估算实际距离，便于肺矿工芯片根据实际距离进行避让，并完成降落时电机减速等操作。
48.而进一步地，多组声波探测装置2均分别包括声波发生装置和回波接收装置，声波发生装置和回波接收装置分别与无人机1的飞控芯片相连接，同一无人机1上的各声波发生装置发出的声波频率互不相同。声波发生装置和回波接收装置分别用于发送声波和接收回波，其均由飞控芯片供电和控制启动以及接收反馈，而各方向上的声波探测装置2由不同的特定频率的声波实现距离探测，那么通过不同声波探测装置2设置不同的频率长度来完成发射和接收，就不易互相产生干扰，避免对障碍物距离的误判。
49.本发明在实施时，首先分别在无人机1机臂顶端、机身顶部和机腹部安装声波发生装置和回波接收装置，并对不同位置的声波探测装置2进行编组，每一组声波探测装置2都将信号线路延伸到无人机1机舱内，接入到飞控芯片上，且整套声波探测装置2由无人机1的电池供电。编队无人机进行正常的飞前检查工作，配合地面站软件，将界面切换到声波探测界面，设定防碰撞距离；完成飞前准备工作后，编队无人机准备起飞。编队无人机在飞行过程中，声波探测装置2全时工作，实时探测编队无人机自身的空间中是否存在其他编队无人机。当两台无人机1互相接近到防碰撞距离时，两机飞控进行飞行姿态调整；两机飞控芯片预设飞行轨迹的基础下，增加一个与碰撞预警方向相反的轨迹变量，持续一段时间，以实现避让操作。避让操作完成后，两机继续按照设定的飞行轨迹继续执行编队表演，声波探测装置2继续实时探测。当编队无人机正常表演完成后，执行降落程序，无人机1机腹部的声波探测装置2测得的机体与地面的距离数据，用以辅助无人机1稳定地降落到地面。本发明使编队无人机具备对外界的感知能力，能实时监测无人机1自身周围一定范围内是否存在障碍物，以及感知自身与障碍物的距离，使编队无人机能在一定程度上降低在飞行过程中发生碰撞的几率。而辅助降落机制有助于无人机1在降落过程中，有多个判断条件来确定是否进行怠速锁桨动作，防止气压高度计测量值出现偏差而导致无人机1降落触地后的弹跳现象。
50.在本技术的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术保护范围的限制。
51.图中，描述位置关系仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；显然，本发
明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。