[發明專利]無人機的飛行路徑規劃方法及無人機

有效

• 申請號: 201410055181.8
• 申請日: 2014-02-18
• 公開（公告）號: CN103809597A
• 公開（公告）日: 2014-05-21
• 發明（設計）人: 戴瓊海;李一鵬;施澤南
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: G05D1/10
• 分類號: G05D1/10
• 代理公司: 北京清亦華知識產權代理事務所(普通合伙) 11201
• 代理人: 張大威

技術領域

本發明涉及自主導航技術領域，特別涉及一種無人機的飛行路徑規劃方法及無人機。

背景技術

無人機具有費效比低、零傷亡和部署靈活等優點，通過配備傳感器感知飛行環境以設計路徑，同時還具備環境信息收集、建模，特定目標任務的規劃、分解和執行能力。小型無人機因其體積小、控制靈活、可以做多種特殊動作，在軍事和民用領域得到了廣泛應用。尤其在搶險救災，基礎設施如石油管道、礦井等狹窄區域的探測等方面，小型無人機有著廣闊的應用和發展前景。

現有的路徑規劃算法，基于機載傳感器感知飛行環境的紋理和深度信息，重建飛行環境的同時在規劃層計算出無人機的飛行路線，適用于較為寬敞的應用場景。對環境建模的精確度和路徑規劃的精細度要求不是很高，無法適用于小型無人機在狹窄室內環境下的飛行路徑規劃。

發明內容

本發明的目的旨在至少解決上述的技術缺陷之一。

為此，本發明一方面提供一種無人機的飛行路徑規劃方法。

本發明的另一方面提出一種無人機。

有鑒于此，本發明一方面的實施例提出一種無人機的飛行路徑規劃方法，包括以下步驟：柵格地圖生成步驟，獲取無人機飛行環境的深度信息，并根據所述深度信息生成所述飛行環境的二維柵格地圖，所述飛行環境包括障礙物；勢函數構建步驟，根據所述二維柵格地圖中每個柵格和所述障礙物的位置構建每個柵格與對應障礙物的勢函數；加權圖生成步驟，根據所述無人機的位置和所述勢函數獲得所述二維柵格地圖中柵格的加權圖；以及飛行路徑確定步驟，根據所述加權圖確定飛行路徑。

根據本發明實施例的方法，通過二維柵格地圖構建勢函數，并通過由勢函數得到的加權圖確定飛行路徑，提高了計算效率，同時具有良好的擴展性。

在本發明的一個實施例中，所述深度信息為距離。

在本發明的一個實施例中，所述加權圖生成步驟具體包括：分別計算所述無人機移動到所述二維柵格地圖中多個柵格的權值；根據所述無人機的位置、所述多個柵格的權值和所述勢函數獲得所述二維柵格地圖中柵格的加權圖。

在本發明的一個實施例中，所述飛行路徑確定步驟具體為，根據所述加權圖中每個柵格的加權值采用SPFA算法確定所述無人機的飛行路徑。

在本發明的一個實施例中，還包括：路徑點確定步驟，根據所述無人機的飛行速度和安全距離得到下一個飛行點。

在本發明的一個實施例中，在所述二維柵格地圖中通過不同的數值表示該柵格是否為障礙物。

在本發明的一個實施例中，所述每個柵格與對應障礙物的勢函數通過如下公式表示，所述公式為，其中，為所述勢函數，為正常數，d_m為所述無人機與障礙物的最短距離，d₀為安全距離。

在本發明的一個實施例中，所述權值通過如下公式獲得，所述公式為，其中，C₀₁為從當前位置p₀(x₀,y₀)移動到p₁(x₁,y₁)點的權值，K₁和K₂分別為加權常數，d₀₁為當前位置p₀到p₁的距離，為柵格(x₁,y₁)的勢函數。

本發明另一方面的實施例提出了一種無人機，包括：柵格地圖生成模塊，用于獲取無人機飛行環境的深度信息，并根據所述深度信息生成所述飛行環境的二維柵格地圖，所述飛行環境包括障礙物；勢函數構建模塊，根據所述二維柵格地圖中每個柵格和所述障礙物的位置構建每個柵格與對應障礙物的勢函數；加權圖生成模塊，根據所述無人機的位置和所述勢函數獲得所述二維柵格地圖中柵格的加權圖；以及飛行路徑確定模塊，用于根據所述加權圖中每個柵格的加權值采用SPFA算法確定所述無人機的飛行路徑。

根據本發明實施例的無人機，通過二維柵格地圖構建勢函數，并通過由勢函數得到的加權圖確定飛行路徑，提高了計算效率，同時具有良好的擴展性。

在本發明的一個實施例中，所述每個柵格與對應障礙物的勢函數通過如下公式表示，所述公式為，其中，為所述勢函數，為正常數，d_m為所述無人機與障礙物的最短距離，d₀為安全距離。

本發明附加的方面和優點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發明的實踐了解到。

附圖說明