無人機超聲波傳感器在無人機避障中的應用

近年來無人機市場飛速增長，消費類無人機也越來越受歡迎，例如無人機多用于拍攝震撼的片段、運送救援物資，其中多數無人機使用各種傳感技術實現自主導航、碰撞檢測。隨著無人機的功能不斷增加，GPS傳感器、紅外傳感器、氣壓傳感器、超聲波傳感器越來越多地被用到無人機上。而你又是否知道，眾多傳感器中超聲波傳感尤其有助于無人機著陸、懸停、地面跟蹤。

超聲波原理

超聲波可以穿過各種介質（氣體、液體、固體）來檢測聲阻抗不匹配的物體。聲速是聲波在彈性介質中傳播時每單位時間的距離。例如，在20°C (68°F)的干燥空氣中，聲速為343米每秒（1,125英尺每秒）?？諝庵械某暡ㄋp隨著頻率和濕度的增加而增加。因此，由于過度的路徑損耗/吸收，空氣耦合超聲波通常被限制在500kHz以下的頻率。

為什么要將超聲波感應用于無人機著陸、懸停、地面跟蹤？

無人機降落輔助是無人機所具有的一項功能，可以檢測無人機底部與著陸區(qū)域的距離，判定著陸點是否安全，然后緩慢下降到著陸區(qū)域。盡管GPS監(jiān)測、氣壓傳感和其他傳感技術有助于著陸過程，但在這個過程中，超聲波傳感是無人機的主要和最準確的判斷依據。大多數無人機中還有懸停和地面跟蹤模式，主要用于捕捉連續(xù)鏡頭和陸地導航，其中超聲波傳感器有助于將無人機保持在高于地面的恒定高度。

無人機地面跟蹤和著陸的共同要求是能夠可靠地檢測到距離地面5米高的距離。假設信號調節(jié)和處理正確，40-60kHz范圍內的超聲波傳感器通常可以滿足這個范圍。

超聲波傳感可以檢測其他技術難以解決的的表面。例如，無人機經常會遇到建筑物上的玻璃窗和其他玻璃表面。光傳感技術有時會穿過玻璃和其他透明材料，這對無人機懸停在玻璃建筑物上造成困難。超聲波則能夠可靠地反射出玻璃表面。

雖然眾多的傳感技術可以檢測物體的接近程度，但是超聲波傳感可在無人機著陸時的探測距離，然而無人機下降的時候必須考慮與地面的實時距離。每一克無人機的機身重量都能影響無人機能在空中的續(xù)航時間，Maxbotix設計的無人機超聲波傳感器 XL-MaxSonar-WR系列 - MB7052具有高性能、小體積、低成本、易于使用和輕量級的特點。我們推薦無人機超聲波傳感器重約5.8克。這款無人機超聲波傳感器在方案成本以及不同表面的可靠性方面良好運行。

無人機應用日趨廣泛避障技術實現有哪些方式？接著我們在了解一下傳感器在無人機避障中的應用

避障技術作為增加無人機安全飛行的保障也隨著技術的發(fā)展日新月異。「避障功能」作為無人機在飛行過程中，通過其傳感器收集周邊環(huán)境的信息，測量距離從而做出相對應的動作指令，從而達到「避障」的作用，帶來的最直接的好處就是，以往一些人為疏忽造成的撞擊，現在都能經由避障功能去避免，既保障了無人機飛行安全的同時，也避免了對周圍人員財產的損害，讓飛無人機的門檻進一步得到了降低。目前，無人機的避障技術中最為常見的是超聲波傳感器、紅外線傳感器、激光傳感器以及視覺傳感器。

超聲波避障：

超聲波其實就是聲波的一種，因為頻率高于20kHz，所以人耳聽不見，并且指向性更強。

超聲波測距的原理比紅外線更加簡單，因為聲波遇到障礙物會反射，而聲波的速度已知，所以只需要知道發(fā)射到接收的時間差，就能輕松計算出測量距離，再結合發(fā)射器和接收器的距離，就能算出障礙物的實際距離，如下圖所示。

超聲波測距相比紅外測距，價格更加便宜，相應的感應速度和精度也遜色一些。同樣，由于需要主動發(fā)射聲波，所以對于太遠的障礙物，精度也會隨著聲波的衰減而降低，此外，對于海綿等吸收聲波的物體或者在大風干擾的情況下，超聲波將無法工作。

HRLV - maxsonar- EZ0在HRLV - maxsonar- EZ傳感器線的任何單元中都有最寬最敏感的光束模式。這使得HRLV - maxsonar- EZ0在高靈敏度，寬波束，或人們檢測的地方是一個很好的選擇。

紅外線傳感器避障

無人機避障上的應用，紅外線避障的常見實現方式就是「三角測量原理」。

紅外感應器包含紅外發(fā)射器與CCD檢測器，紅外線發(fā)射器會發(fā)射紅外線，紅外線在物體上會發(fā)生反射，反射的光線被CCD檢測器接收之后，由于物體的距離D不同，反射角度也會不同，不同的反射角度會產生不同的偏移值L，知道了這些數據再經過計算，就能得出物體的距離了。

激光傳感器

激光避障與紅外線類似，也是發(fā)射激光然后接收。不過激光傳感器的測量方式很多樣，有類似紅外的三角測量，也有類似于超聲波的時間差+速度。但是由于激光的波束極窄，可以同時使用多束激光組成陣列雷達，近年來此技術逐漸成熟，多用于自動駕駛車輛上，但由于其體積龐大，價格昂貴，故不太適用于無人機。

視覺傳感器

視覺避障技術，解決機器人如何“看”的問題視覺避障技術，視覺識別系統(tǒng)通常來說可以包括一個或兩個攝像頭。單一的照片只具有二維信息，猶如2D電影，并無直接的空間感，只有靠我們自己依靠“物體遮擋、近大遠小”等生活經驗腦補。故單一的攝像頭獲取到的信息及其有限，并不能直接得到我們想要的效果當然類比到機器視覺中，單個攝像頭的圖片信息無法獲取到場景中每個物體與鏡頭的距離關系，即缺少第三個維度。