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無人機避障系統(tǒng)大盤點

發(fā)布日期:2015-07-24我要投稿我要評論
    隨著物質(zhì)生活水平的逐漸提高,越來越多先進的科技產(chǎn)品變成了人們的玩具?;叵霃那?,我們手里的玩具是紙飛機、彈珠玻璃,有錢的小孩可能會買的起氣彈 槍;而一轉(zhuǎn)眼15、20年過去了,長大成人的我們,手里的玩物變成了手腕上的小型計算機,或者只有巴掌大小卻能錄制高幀率4K視頻的GoPro運動攝像 機。

  在所有的“玩物”中,無人機恐怕是最為昂貴、最不像玩具的一類。它們由電驅(qū)動,通過多旋翼獲得升力飛行,機載了高清攝像頭可以用于航拍、地理測繪等多種用途??梢哉f,無人機因其便捷的使用方式和強大的功能,已經(jīng)從玩具升格,成為一款多用途的科技產(chǎn)品。

  但是與此同時,無人機卻總是因為安全性問題,不合時宜地出現(xiàn)在各種社會新聞里。幾個月前,一架大疆無人機墜毀在美國總統(tǒng)居住地白宮的草坪上,引 起了人們對于無人機安全操作的廣泛關(guān)注。美國空管機構(gòu)FAA也在過去一直因為相關(guān)問題,對于無人機的商業(yè)化使用進行嚴格的管控,直到幾天前(2015年7 月19號)才有第一個FAA允許的商用無人機快遞成功送出。

  無人機想要繼續(xù)發(fā)展,除了續(xù)航、功能進步之外,安全性也是不可小覷的方面。時間進入2015年,世界上主要的消費級、商業(yè)級無人機制造商都開始 將“避障系統(tǒng)”(Obstacle Avoidance)當做產(chǎn)品重點來提。今天,就來給大家介紹一下,目前市面上主流的無人機,比如大疆、Parrot等都分別采用了什么樣的自動避障系 統(tǒng)。

  經(jīng)過走訪問詢,我們發(fā)現(xiàn)主流的電動多旋翼無人機避障系統(tǒng)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圖像處理組成的復合型方法。

  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,通過口腔中喉部的特殊構(gòu)造來發(fā)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(tǒng)來接收反射回來的信號,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(tǒng),絕大部分生活中遇到的測距系統(tǒng)都是使用的這種技術(shù),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(fā)射和接收器,然后將其接入飛控系統(tǒng)即可。

  無人機避障系統(tǒng)

  但是,超聲波在無人機避障系統(tǒng)的應用中也有比較明顯的干擾問題。深圳零度無人機的CEO楊建軍指出,雖然超聲波避障系統(tǒng)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。其以,如果物體表面反射超聲波的能力不足,避障系統(tǒng)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(zhì)是水泥地板,如果材質(zhì)不是平面光滑的固體物,比如說地毯,那么超聲波的反射和接收就會出問題。

  對于無人機來說,這種超聲波系統(tǒng)應該放在多個方向,比如放在前后左右四個方向,可以在懸停和飛行的時候?qū)χ車3直O(jiān)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,然后檢測反射回來的光,進而判斷無人機的周圍是否有障礙物,距離幾何等等。

  零度最近展示的無人機TOF避障系統(tǒng),使用的就是光相位檢測。和超聲波同樣,光波也會受到干擾,而目前城市環(huán)境下樓宇間的光污染,給TOF避障系統(tǒng)帶來了難題,系統(tǒng)發(fā)出的光,必須避開太陽光的主要能量波段,從而避免太陽光的直射、反射等對避障系統(tǒng)造成干擾。

  至于TOF系統(tǒng)的有效距離,“目前,TOF在室內(nèi)測量距離最大可以到10米,室外強光干擾的話,5米左右吧。”楊建軍介紹稱。

  在懸停狀態(tài)下,TOF系統(tǒng)會一直保持快速旋轉(zhuǎn),每秒鐘旋轉(zhuǎn)2-5圈。這是因為,在旋轉(zhuǎn)的過程中系統(tǒng)就可以完成對周圍有效半徑內(nèi)的360°范圍進 行快速掃描,從而用較快的速度發(fā)現(xiàn)障礙,然后對飛控系統(tǒng)發(fā)出調(diào)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(tǒng)則會停止旋轉(zhuǎn), 只把光發(fā)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。“對于一般無人機來說,美妙的飛行距離也就是10米左右,檢測到障礙 物之后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,這就足夠了,”楊建軍解釋道。

  復合型、機器視覺避障系統(tǒng):像大疆這樣全球知名度更高的無人機技術(shù)公司,在避障系統(tǒng)的選用上則更加先進。大疆在2015年6月初推出了一個全新的官方智能避障系統(tǒng)“Guidance”,配套一個全新的可開發(fā)無人機平臺“經(jīng)緯”系列(Matrice 100)使用。

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