目前市面上主流的无人(rén)机(jī)避障(zhàng)系(xì)统主(zhǔ)要(yào)有三(sān)种,分别是超声波、TOF,以(yǐ)及相(xiàng)对更复杂的由多种测距方法和视觉图像处理组成的复合型方法。
超声波
一个比较(jiào)形象的比喻就是(shì)蝙蝠。这种飞行类哺乳动(dòng)物,通(tōng)过口腔(qiāng)中喉部的特殊构造来(lái)发出超声波,当超声波遇(yù)到猎物或者障(zhàng)碍的时候就会反射回来,蝙(biān)蝠(fú)可(kě)以用特(tè)殊的听觉系统(tǒng)来(lái)接收反射回来的(de)信号,从(cóng)而探(tàn)测目标的距离,确定飞行(háng)路线(xiàn)。
超声波是最简单的测距系(xì)统(tǒng),绝(jué)大部分生活中遇(yù)到(dào)的测距系统都是使用的这种技术,最常见(jiàn)的就(jiù)是汽车的倒车雷(léi)达。在无人机上(shàng)加(jiā)装定向的超声波(bō)发射和接收(shōu)器,然后(hòu)将其(qí)接入飞控系统即(jí)可。
对(duì)于无人机来说,这种超声波系统应该放(fàng)在多(duō)个方向,比如放在(zài)前后左(zuǒ)右四个方向,可以在悬停和飞行的时(shí)候对周围保(bǎo)持监控;而放在机(jī)身下方和(hé)上方(fāng),则可以(yǐ)在起(qǐ)飞、下降以及降落的时候避免速度太快碰到障碍(ài)物或者地面。
TOF
TOF是飞行时(shí)间(jiān)(Time of Flight)技术的(de)缩写(xiě),即传(chuán)感器发出经调制的近(jìn)红外光,遇物体后反射,传感器(qì)通(tōng)过计算(suàn)光(guāng)线发射和反射时间差或相位(wèi)差,来换算被拍摄景物的距离,以(yǐ)产生深度信息,此外再结合传(chuán)统的相机拍(pāi)摄,就(jiù)能(néng)将物体的三维轮廓以不(bú)同颜色代表(biǎo)不同距离的地形图方式呈现出来。
通俗一(yī)点讲,就是把(bǎ)前面的超声(shēng)波(bō)换成(chéng)光。检测方法有两种一种是光(guāng)的时间,另一种(zhǒng)是(shì)光的(de)相位。但(dàn)是总的(de)来说,都是把光打出去,然后检测反(fǎn)射回来(lái)的(de)光,进而判断无人机(jī)的周围是(shì)否有(yǒu)障碍物,距离几何(hé)等(děng)等。
在悬(xuán)停状(zhuàng)态下,TOF系统会一(yī)直(zhí)保持快速旋转,每秒钟旋转2-5圈。这是因为,在旋转的过程中系(xì)统就可(kě)以完成对周围有效(xiào)半(bàn)径内(nèi)的(de)360°范(fàn)围进行快速扫(sǎo)描(miáo),从而用较快的速度发现障碍(ài),然后对飞控系统发出(chū)调(diào)整位置的指令,避免对周围的(de)人或财物造成伤害(hài);当在飞(fēi)行的(de)过(guò)程中,TOF系(xì)统则会停止旋转,只把光发射到前进的方向上。固定方向的时候,在室外(wài)的(de)有(yǒu)效距离可以增加到8-10米。对于一(yī)般无(wú)人机来说,美(měi)妙的飞行距(jù)离也就是10米左右(yòu),检测到障碍(ài)物之后1秒的反应时间,无人机可以(yǐ)用一个较(jiào)大(dà)的加速度来停止前进,这(zhè)就足够了。
复合型、机(jī)器(qì)视觉避障系统
系(xì)统(tǒng)可以在(zài)前、后(hòu)、左(zuǒ)、右和(hé)下(xià),一共5个方向上进行障碍(ài)识(shí)别,而(ér)识别的机制(zhì)分为两个部分,分比为是超声波和机(jī)器视觉。也就是(shì)说,除了常规(guī)的超声波模块以外(wài),5个方向(xiàng)上还专门放置了(le)摄像(xiàng)头用于(yú)获取(qǔ)视(shì)觉图像,然后直接传输(shū)到机载(zǎi)的处理器进行计算处理。复合型避障系统可以为更多与物联网有关的商业(yè)化使用场景(jǐng)带(dài)来帮助(zhù),比如停车场(chǎng)管理。在室内GPS用于定位基本可以免(miǎn)谈了(le),在地(dì)下停车场中光(guāng)照条(tiáo)件一般不(bú)太好(hǎo),而超声波与机器视觉加(jiā)起来,几(jǐ)乎可(kě)以在(zài)任何照(zhào)度下对多种材(cái)质进行较好的识别,从(cóng)而对无人(rén)机在地下停车场封闭环(huán)境中的(de)飞行提供(gòng)更(gèng)好的(de)指(zhǐ)导,识(shí)别的有效范(fàn)围可以显著提升,准确度(dù)往(wǎng)往可(kě)以达到厘(lí)米级。

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