【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及無人機障礙監測，尤其是涉及一種基于無人機電機自發聲的障礙物檢測方法。
技術介紹
1、無人機需要對周圍環境進行感知來實現障礙物躲避、無gnss情況下的定位與導航、空間三維建模等功能。當前無人機需要增加一些額外的設備，通過以下手段實現對環境的感知與導航：1)加裝超聲波發生器，利用回波檢測環境附近障礙物位置；2)加裝雙目成像等視覺裝備，通過采集環境的圖像數據，基于機器視覺方法識別障礙物并估算距離；3)加裝激光雷達設備，利用激光測距原理，通過旋轉的光學部件發射形成二維的掃描面，通過生成所在空間的平面點云圖信息來感知障礙物。當前技術方案也存在各自的局限性：視覺避障對環境亮度要求高，無法在低亮度或者無光的環境下工作。具備全向障礙物檢測能力的激光雷達重量和體積較大，難以應用在小微型無人機上。超聲波雷達的檢測范圍有限，為了實現全向障礙物檢測，會使無人機系統增加額外負載，降低了有效載荷。
2、經過檢索，申請公布號cn113703466a公開了一種頻率可調的四旋翼無人機避障方法，具體公開了：包括頻率可調的四旋翼無人機避障系統，超聲波測距模塊進行目標障礙物的精確測量；姿態識別模塊獲得無人機當前的姿態數據；飛行控制系統實時采集各傳感器測量的飛行狀態數據，經計算處理，向執行機構輸出控制指令，實現對無人機中各種飛行模態的控制，使得無人機能夠精準避障。但該現有技術主要通過調整發射聲波的頻率提高避障可靠性，需要已知無人機與障礙物的距離，操作較為繁瑣。
3、綜上所述，如何設計一種對環境要求低、可應用范圍廣、檢測范圍廣且操作便
技術實現思路
1、本專利技術的目的就是為了克服上述現有技術存在的環境要求高、不適用于小微型無人機以及檢測范圍有限的缺陷而提供一種基于無人機電機自發聲的障礙物檢測方法。
2、本專利技術的目的可以通過以下技術方案來實現：
3、根據本專利技術的一個方面，提供了一種基于電機自發聲障礙物檢測的無人機，通過電池供電，該無人機包括機身以及安裝在機身上的聲波檢測裝置、飛行控制器和處理器；所述機身包括中心腔體和懸臂，所述聲波檢測裝置和電池安裝在中心腔體上，所述飛行控制器和處理器位于中心腔體內；所述懸臂至少為三個，一端連接中心腔體側面，另一端上安裝電機和旋翼；所述聲波檢測裝置與處理器電氣連接，所述處理器和飛行控制器電氣連接；所述電機運行時發出聲波，遇到障礙物后產生回波，所述聲波檢測裝置采集聲波和回波，進行障礙物檢測。
4、作為優選的技術方案，所述的聲波檢測裝置包括全向聲波接收器，所述全向聲波接收器呈餅狀，位于中心腔體遠離地面的一面，內置陣列式全向拾音話筒。
5、作為優選的技術方案，該無人機還包括小型指向性聲音接收器，所述小型指向性聲音接收器至少為三個，圓周均布安裝于中心腔體側面，內置指向性心形拾音麥克風，與處理器電氣連接。
6、作為優選的技術方案，所述的全向聲波接收器和小型指向性聲音接收器為高頻聲音接收器，采樣頻率為0～480k赫茲。
7、作為優選的技術方案，所述的飛行控制器上集成有陀螺儀和電子調速器。
8、根據本專利技術的另一個方面，提供了一種用于基于電機自發聲障礙物檢測的無人機的檢測方法，具體包括以下步驟：
9、步驟s1，無人機運行時，電機和旋翼發出聲波，遇到障礙物后產生回波，聲波檢測裝置采集所有聲波和回波信號；
10、步驟s2，將采集到的包含回波的聲波信號轉化為電信號，對電信號進行傅里葉變換，得到電機和旋翼的頻譜區域；
11、步驟s3，對電機的頻譜區域取窗并對取窗后的數據進行逆運算，得到兩組峰值區域；
12、步驟s4，兩組峰值區域即為電機發出的聲波和遇到障礙物后產生的回波，分析所有懸臂上電機兩組峰值區域的數據后得到障礙物的方位和距離。
13、作為優選的技術方案，所述的步驟s1具體包括以下步驟：
14、步驟s101，在電機控制信號的基礎上疊加高于電機控制信號頻率的方波；
15、步驟s102，以大于3ms的間隔發送疊加方波；
16、步驟s103，方波發送后聲波檢測裝置開始采集信號至下一次方波發送前結束。
17、作為優選的技術方案，至少三個所述的懸臂上安裝的電機按順序發送疊加方波。
18、作為優選的技術方案，所述的步驟s2中將采集到的信號進行過濾，濾除噪音。
19、作為優選的技術方案，所述的步驟s4中，根據l＝ti·340m/s計算得到障礙物與無人機的距離，其中，l為障礙物與無人機的距離，ti為電機發出聲波和障礙物回波之間的時間，i為不同懸臂上電機的編號。
20、與現有技術相比，本專利技術具有以下有益效果：
21、1)本專利技術設置聲波檢測裝置，通過聲波檢測裝置檢測無人機運行時電機發出的聲波以及遇到障礙物產生的回波，實現對障礙物的檢測，可以在不顯著增加機載端設備的體積、重量以及機載處理器算力的前提下，實現無人機障礙物檢測的目的，在重量、體積、能耗和成本上具有顯著優勢；
22、2)本專利技術采用內置全向拾音話筒的全向聲波接收器，且全向聲波接收器位于中心腔體遠離地面的一面，可以接收各個方向的聲波，實現對無人機周圍障礙物的全面檢測；采用內置指向性心形拾音麥克風的小型指向性聲音接收器，且圓周均布安裝于中心腔體側面，可有效阻擋其他方向傳來的雜聲，以進一步實現清楚接收固定方向的聲波；
23、3)本專利技術在電機控制信號的基礎上疊加高于電機控制信號頻率的方波，多個電機按順序發送，可便捷地檢測障礙物相對于無人機的距離以及方位。
本文檔來自技高網...【技術保護點】
1.一種基于電機自發聲障礙物檢測的無人機，通過電池(5)供電，其特征在于，該無人機包括機身以及安裝在機身上的聲波檢測裝置、飛行控制器(3)和處理器(4)；所述機身包括中心腔體(10)和懸臂(11)，所述聲波檢測裝置和電池(5)安裝在中心腔體(10)上，所述飛行控制器(3)和處理器(4)位于中心腔體(10)內；所述懸臂(11)至少為三個，一端連接中心腔體(10)側面，另一端上安裝電機(6)和旋翼(7)；所述聲波檢測裝置與處理器(4)電氣連接，所述處理器(4)和飛行控制器(3)電氣連接；所述電機(6)運行時發出聲波，遇到障礙物后產生回波，所述聲波檢測裝置采集聲波和回波，進行障礙物檢測。
2.根據權利要求1所述的一種基于電機自發聲障礙物檢測的無人機，其特征在于，所述的聲波檢測裝置包括全向聲波接收器(20)，所述全向聲波接收器(20)呈餅狀，位于中心腔體(10)遠離地面的一面，內置陣列式全向拾音話筒。
3.根據權利要求2所述的一種基于電機自發聲障礙物檢測的無人機，其特征在于，該無人機還包括小型指向性聲音接收器(21)，所述小型指向性聲音接收器(21)至少為三個，圓
4.根據權利要求3所述的一種基于電機自發聲障礙物檢測的無人機，其特征在于，所述的全向聲波接收器(20)和小型指向性聲音接收器(21)為高頻聲音接收器，采樣頻率為0～480k赫茲。
5.根據權利要求1所述的一種基于電機自發聲障礙物檢測的無人機，其特征在于，所述的飛行控制器(3)上集成有陀螺儀和電子調速器。
6.一種用于權利要求1所述基于電機自發聲障礙物檢測的無人機的檢測方法，其特征在于，具體包括以下步驟：
7.根據權利要求6所述的檢測方法，其特征在于，所述的步驟S1具體包括以下步驟：
8.根據權利要求7所述的檢測方法，其特征在于，至少三個所述的懸臂(11)上安裝的電機(6)按順序發送疊加方波。
9.根據權利要求6所述的檢測方法，其特征在于，所述的步驟S2中將采集到的信號進行過濾，濾除噪音。
10.根據權利要求6所述的檢測方法，其特征在于，所述的步驟S4中，根據L＝Ti·340m/s計算得到障礙物與無人機的距離，其中，L為障礙物與無人機的距離，Ti為電機(6)發出聲波和障礙物回波之間的時間，i為不同懸臂(11)上電機(6)的編號。
...【技術特征摘要】
1.一種基于電機自發聲障礙物檢測的無人機，通過電池(5)供電，其特征在于，該無人機包括機身以及安裝在機身上的聲波檢測裝置、飛行控制器(3)和處理器(4)；所述機身包括中心腔體(10)和懸臂(11)，所述聲波檢測裝置和電池(5)安裝在中心腔體(10)上，所述飛行控制器(3)和處理器(4)位于中心腔體(10)內；所述懸臂(11)至少為三個，一端連接中心腔體(10)側面，另一端上安裝電機(6)和旋翼(7)；所述聲波檢測裝置與處理器(4)電氣連接，所述處理器(4)和飛行控制器(3)電氣連接；所述電機(6)運行時發出聲波，遇到障礙物后產生回波，所述聲波檢測裝置采集聲波和回波，進行障礙物檢測。
2.根據權利要求1所述的一種基于電機自發聲障礙物檢測的無人機，其特征在于，所述的聲波檢測裝置包括全向聲波接收器(20)，所述全向聲波接收器(20)呈餅狀，位于中心腔體(10)遠離地面的一面，內置陣列式全向拾音話筒。
3.根據權利要求2所述的一種基于電機自發聲障礙物檢測的無人機，其特征在于，該無人機還包括小型指向性聲音接收器(21)，所述小型指向性聲音接收器(21)至少為三個，圓周均布安裝于中心腔體(10)側面，內置指向性心形拾音麥克風...
【專利技術屬性】
技術研發人員：劉天一，李榮耀，周信源，倪屹林，韋立卓，任逸，
申請(專利權)人：同濟大學，
類型：發明
國別省市：
還沒有人留言評論。發表了對其他瀏覽者有用的留言會獲得科技券。