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  • 1 # 藍風24

    無人機避障系統

    目前,主流的電動多旋翼無人機避障系統主要有三種,分別是超聲波、TOF,以及相對更復雜的,由多種測距方法和視覺影象處理組成的複合型方法。

    超聲波:

    一個比較形象的比喻就是蝙蝠。這種飛行類哺乳動物,透過口腔中喉部的特殊構造來發出超聲波,當超聲波遇到獵物或者障礙的時候就會反射回來,蝙蝠可以用特殊的聽覺系統來接收反射回來的訊號,從而探測目標的距離,確定飛行路線。超聲波是最簡單的測距系統,絕大部分生活中遇到的測距系統都是使用的這種技術,最常見的就是汽車的倒車雷達。在無人機上加裝定向的超聲波發射和接收器,然後將其接入飛控系統即可。但是,超聲波在無人機避障系統的應用中也有比較明顯的干擾問題。雖然超聲波避障系統不會受到光線、粉塵、煙霧,但在部分場景下也會受到聲波的干擾。其次,如果物體表面反射超聲波的能力不足,避障系統的有效距離就會降低,安全隱患會顯著提高。一般來說,超聲波的有效距離是5米,對應的反射物體材質是水泥地板,如果材質不是平面光滑的固體物,比如說地毯,那麼超聲波的反射和接收就會出問題。

    對於無人機來說,這種超聲波系統應該放在多個方向,比如放在前後左右四個方向,可以在懸停和飛行的時候對周圍保持監控;而放在機身下方和上方,則可以在起飛、下降以及降落的時候避免速度太快碰到障礙物或者地面。

    TOF:

    通俗一點講,就是把前面的超聲波換成光。檢測方法有兩種一種是光的時間,另一種是光的相位。但是總的來說,都是把光打出去,然後檢測反射回來的光,進而判斷無人機的周圍是否有障礙物,距離幾何等等。

    和超聲波同樣,光波也會受到干擾,而目前城市環境下樓宇間的光汙染,給TOF避障系統帶來了難題,系統發出的光,必須避開太Sunny的主要能量波段,從而避免太Sunny的直射、反射等對避障系統造成干擾。

    目前,TOF在室內測量距離最大可以到10米,室外強光干擾的話,5米左右吧。在懸停狀態下,TOF系統會一直保持快速旋轉,每秒鐘旋轉2-5圈。這是因為,在旋轉的過程中系統就可以完成對周圍有效半徑內的360°範圍進行快速掃描,從而用較快的速度發現障礙,然後對飛控系統發出調整位置的指令,避免對周圍的人或財物造成傷害;當在飛行的過程中,TOF系統則會停止旋轉,只把光發射到前進的方向上。固定方向的時候,在室外的有效距離可以增加到8-10米。對於一般無人機來說,美妙的飛行距離也就是10米左右,檢測到障礙物之後1秒的反應時間,無人機可以用一個較大的加速度來停止前進。

    複合型、機器視覺避障系統:

    可以在前、後、左、右和下,一共5個方向上進行障礙識別,而識別的機制分為兩個部分,分比為是超聲波和機器視覺。也就是說,除了常規的超聲波模組以外,5個方向上還專門放置了攝像頭用於獲取視覺影象,然後直接傳輸到機載的英特爾凌動(Atom)Bay Trail處理器進行計算處理。另外,進入消費級無人機市場時間較早的Parrot,也在跟英偉達(Nvidia)進行避障方面的合作,同樣採用了包含機器視覺的複合型避障系統。

    這種複合型避障系統,相對前兩種提到的模式來說技術含量更高一些。當然在工作效率上也有一定的優勢。比如停車場管理。在室內GPS用於定位基本可以免談了,在地下停車場中光照條件一般不太好,而超聲波與機器視覺加起來,幾乎可以在任何照度下對多種材質進行較好的識別,從而對無人機在地下停車場封閉環境中的飛行提供更好的指導,識別的有效範圍可以顯著提升,準確度往往可以達到釐米級。(勁鷹無人機)

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