[發明專利]無人機的控制方法及系統

有效

• 申請號: 201410076856.7
• 申請日: 2014-03-04
• 公開（公告）號: CN103901892A
• 公開（公告）日: 2014-07-02
• 發明（設計）人: 戴瓊海;李一鵬;蘆維寧
• 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

本發明涉及無人機技術領域，特別涉及一種無人機的控制方法及系統。

背景技術

無人機可通過配備外部傳感器，并通過規劃層算法，使無人機具備環境信息收集、建模，目標任務規劃、分解、執行的能力。進而可在災后搜救、基礎設施監察等領域發揮著重要角色。

無人機的導航是其中一個重要的組成部分。無人機的導航研究導是為了解決由Durrant‐Whyte?H?F提出的三個關鍵問題：1）“現在何處？”，2）“去往何處？”，3）“如何去該處？”。按照應用場景又可將其細分為解決完全已知環境，部分已知環境和完全未知環境的導航問題。其中，完全已知環境下的路徑規劃已經取得了豐碩的研究成果，可視圖法、柵格法等都能夠高效的實現全局路徑規劃的要求。

目前對部分未知和完全未知環境的導航是近年來的主要研究熱點，而對部分未知和完全未知環境的導航主要采用人工勢場法，模糊邏輯法，滾動窗口規劃法等方式進行導航，而現有方式會使導航行為缺乏“預見性”，且單一的導航規劃會出現局部卡死、陷于局部最小化和探索路徑重復等問題。因此，無法根據環境的變化靈活切換路徑規劃方式，不利于完成復雜未知飛行環境的全面探索，大大增加了危險性。

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控制方法。

本發明的另一方面提出一種無人機的控制系統。

有鑒于此，本發明一方面的實施例提出一種無人機的控制方法，包括以下步驟：區域劃界步驟，掃描并生成飛行環境的柵格地圖，并根據所述柵格地圖對所述飛行環境進行區域劃界；路徑規劃步驟，根據所述柵格地圖和區域劃界結果，利用A^*算法規劃飛行路徑；最短距離計算步驟，從規劃的所述飛行路徑中選取多個路徑點，分別計算所述多個路徑點與周圍障礙物的最短距離；以及第一飛行步驟，當對應路徑點與所述周圍障礙物的最短距離大于安全半徑時，所述無人機沿該路徑點飛行。

根據本發明實施例的方法，根據地圖信息對飛行環境進行區域劃界，將A^*算法與wall‐following算法相結合來規劃飛行路徑，提高了無人機自主飛行的效率和安全性，同時具有良好的擴展性。

在本發明的一個實施例中，還包括：路徑調整步驟，當所述對應路徑點的最短距離小于所述安全半徑時，通過wall‐following算法調整該路徑點及其之后的飛行路徑，并確保調整后的路徑點與周圍障礙物的最短距離大于所述安全距離；以及第二飛行步驟，將調整后的多個路徑點作為飛行路徑進行飛行。

在本發明的一個實施例中，所述區域劃界步驟具體包括：根據所述飛行環境的深度信息生成所述飛行環境的柵格地圖；根據所述柵格地圖對所述柵格地圖的每個柵格進行識別；以及根據識別結果將包含障礙物的鄰接柵格相連以對所述飛行環境進行區域劃界。

在本發明的一個實施例中，路徑規劃步驟具體包括：根據當前位置、所述柵格地圖和所述區域劃界結果選定目標點；利用A^*算法計算從所述當前位置到所述選定目標點的飛行路徑。

本發明另一方面的實施例提出了一種無人機的控制系統，包括：劃界模塊，用于生成飛行環境的柵格地圖，并根據所述柵格地圖對所述飛行環境進行區域劃界；規劃模塊，用于根據所述柵格地圖和區域劃界結果，利用A^*算法規劃飛行路徑；計算模塊，用于從規劃的所述飛行路徑中選取多個路徑點，并分別計算所述多個路徑點與周圍障礙物的最短距離；以及飛行模塊，在對應路徑點與所述周圍障礙物的最短距離大于安全半徑時，將該路徑點作為飛行路徑中的路徑點進行飛行。

根據本發明實施例的系統，根據地圖信息對飛行環境進行區域劃界，將A^*算法與wall‐following算法相結合來規劃飛行路徑，提高了無人機自主飛行的效率和安全性，同時具有良好的擴展性。

在本發明的一個實施例中，還包括：調整模塊，當所述對應路徑點的最短距離小于所述安全半徑時，通過wall‐following算法調整該路徑點及其之后的飛行路徑，并確保調整后的路徑點與所述周圍障礙物的最短距離大于所述安全距離，將調整后的多個路徑點作為飛行路徑進行飛行。

在本發明的一個實施例中，所述劃界模塊具體包括：生成單元，用于根據所述飛行環境的深度信息生成所述飛行環境的柵格地圖；識別單元，用于根據所述柵格地圖對所述柵格地圖的每個柵格進行識別；以及劃界單元，用于根據識別結果將包含障礙物的鄰接柵格相連以對所述飛行環境進行區域劃界。