[發明專利]一種基于紅外光測距的四旋翼無人機避障裝置及避障方法

有效

• 申請號: 201910310817.1
• 申請日: 2019-04-18
• 公開（公告）號: CN110045742B
• 公開（公告）日: 2022-02-18
• 發明（設計）人: 姜春雷;嚴開忠;宋子午;劉曉沖;馬國梁
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: G05D1/08
• 分類號: G05D1/08;G05D1/10
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 張祥

1.一種基于紅外光測距的四旋翼無人機避障裝置的避障方法，所述四旋翼無人機包括四個機架臂，其中每兩個相鄰的機架臂相互垂直，所述裝置包括設置在第一前機架臂上方的第一前端紅外光發射與接收裝置(1-1)和第一舵機與平面鏡裝置(4-1)、第二前機架臂上方的第二前端紅外光發射與接收裝置(1-2)和第二舵機與平面鏡裝置(4-2)、第一后機架臂下方的第一后端紅外光發射與接收裝置(2-1)和第三舵機與平面鏡裝置(4-3)、第二后機架臂下方的第二后端紅外光發射與接收裝置(2-2)和第四舵機與平面鏡裝置(4-4)、超聲波模塊(3)和主控芯片(6)，其中每個舵機與平面鏡裝置包括一個舵機以及由所述舵機控制的平面鏡，所述平面鏡位于相應的紅外光發射與接收裝置的前方，所述超聲波模塊(3)以及每個紅外光發射與接收裝置以及每個舵機與所述主控芯片(6)電連接，

所述方法包括如下步驟：

步驟一，調整飛行狀態：調整四個平面鏡與無人機的飛行方向相同，第一舵機與平面鏡裝置(4-1)中的平面鏡與水平方向所成角度為第二舵機與平面鏡裝置(4-2)中的平面鏡與水平方向所成角度為第三舵機與平面鏡裝置(4-3)中的平面鏡與水平方向所成角度為第四舵機與平面鏡裝置(4-4)中的平面鏡與水平方向所成角度為其中a為垂直于飛行方向的兩個紅外光發射與接收裝置之間的距離，b為平行于飛行方向的兩個紅外光發射與接收裝置之間的距離，c為上、下兩個紅外光發射與接收裝置之間的高度差；

步驟二，超聲波模塊(3)測量無人機高度信息，若高度h小于則升高無人機飛行高度直至高度h大于

步驟三，兩個前端紅外光發射與接收裝置與兩個后端紅外光發射與接收裝置發射并接收紅外光，獲取無人機與障礙物的四個對應的距離信息，所述四個對應的距離信息包括第一前端紅外光發射與接收裝置(1-1)與障礙物的距離s1、第二前端紅外光發射與接收裝置(1-2)與障礙物的距離s2、第一后端紅外光發射與接收裝置(2-1)與障礙物的距離s3、第二后端紅外光發射與接收裝置(2-2)與障礙物的距離s4，主控芯片(6)獲取所述四個對應的距離信息，若距離信息滿足第一判斷條件，則進行步驟四；若滿足第二判斷條件則無人機向前飛行，直到無人機與障礙物之間的距離s小于一閾值后進行轉向，其中所述第一判斷條件包括：

(1)若|s1-s2|ε、|s3-s4|ε，且|s4-s2-b|ε、s1s2+ε，則轉動第一舵機與平面鏡裝置(4-1)的平面鏡；

(2)若|s1-s2|ε、|s3-s4|ε，且|s3-s1-b|ε、s1+εs2，則轉動第二舵機與平面鏡裝置(4-2)的平面鏡；

(3)若|s1-s2|ε、|s3-s4|ε，且|s4-s2-b|ε、s3s4+ε，則轉動第三舵機與平面鏡裝置(4-3)的平面鏡；

(4)若|s1-s2|ε、|s3-s4|ε，且|s3-s1-b|ε、s3+εs4，則轉動第四舵機與平面鏡裝置(4-4)的平面鏡；

(5)若|s1-s2|ε、|s3-s4|ε，且|s3-s1-b|ε、s1s4-b+ε，則先轉動第一舵機與平面鏡裝置(4-1)的平面鏡，再轉動第二舵機與平面鏡裝置(4-2)的平面鏡；

(6)若|s1-s2|ε、|s3-s4|ε，且|s3-s1-b|ε、s1+εs3-b，則先轉動第三舵機與平面鏡裝置(4-3)的平面鏡，再轉動第四舵機與平面鏡裝置(4-4)的平面鏡；

(7)若|s1-s2|ε、|s3-s4|ε，且|s3-s1-b|ε、|s4-s2-b|ε，則先轉動{s1、s2}_max所對應的舵機與平面鏡裝置的平面鏡，再轉動{s3、s4}_max所對應的舵機與平面鏡裝置的平面鏡；

(8)若|s2-s1|ε、|s3-s1-b|ε，且|s4–s1-b|ε,則轉動第四舵機與平面鏡裝置(4-4)的平面鏡；

(9)若|s1-s2|ε、|s3-s2-b|ε，且|s4–s2-b|ε，則轉動第三舵機與平面鏡裝置(4-3)的平面鏡；

(10)若|s1-s3+b|ε、|s2-s3+b|ε，且|s4–s3|ε，則轉動第二舵機與平面鏡裝置(4-2)的平面鏡；

(11)若|s1-s4+b|ε、|s2-s4+b|ε，且|s3–s4|ε，則轉動第一舵機與平面鏡裝置(4-1)的平面鏡，其中ε取值范圍為10cm-40cm；

所述第二判斷條件為：

|s1-s2|ε、|s3-s4|ε且|s3+s4-s1-s2-2b|ε，其中ε取值范圍為10cm-40cm；

步驟四，舵機與平面鏡裝置中的平面鏡旋轉角度對應的紅外光發射與接收裝置發射出的紅外光掃描角度為β，將掃描過程中的實時距離信息傳遞給主控芯片(6)進行判斷，若實時距離信息滿足第三判斷條件，則進行步驟五，所述若不滿足第三判斷條件則無人機則繼續向前飛行，直到無人機與障礙物之間的距離s小于一閾值后進行轉向；

所述第三判斷條件為：

所述實時距離信息均大于其中s＝{s1、s2、s3-b、s4-b}_min；

步驟五，所有的舵機與平面鏡裝置中的平面鏡調整為與無人機的飛行方向相同，使無人機向紅外光發射與接收裝置掃描的方向移動的距離，實現無人機的避障。