[發明專利]一種農用植保無人機噴施過程中多障礙、小障礙下的避障方法及無人機

有效

• 申請號: 201611153715.6
• 申請日: 2016-12-14
• 公開（公告）號: CN106598070B
• 公開（公告）日: 2019-11-22
• 發明（設計）人: 張喜海;宋偉先;范成國;許綏佳;喬岳;杜佳麗;劉東;房俊龍;王梓璇
• 申請（專利權）人: 東北農業大學
• 主分類號: G05D1/10
• 分類號: G05D1/10;B64D1/18
• 代理公司: 23109 哈爾濱市松花江專利商標事務所
• 代理人: 楊立超<國際申請>=<國際公布>=<進入

本發明涉及一種農用植保無人機噴施過程中多障礙、小障礙下的避障方法及無人機，屬于無人機飛行路線規劃領域。為了解決現有技術的無人機噴施飛行路線規劃方法未能選擇適合無人機機動特性的避障路徑，未考慮到無人機需飛回原路線進行噴施，而導致重噴漏噴面積過多的缺點。植保無人機噴施過程中多障礙下的避障方法包括：將飛行路徑的起點和終點連接，形成一條直線段；判斷直線段是否與障礙圓相交；若相交，生成與直線段和障礙圓同時相切的最小轉彎圓,根據直線段、障礙圓以及最小轉彎圓確定復數個可選的飛行路徑；根據飛行路徑的長度及重噴漏噴面積所計算出的適應值大小來選出最佳的飛行路徑。本發明適用于農用植保無人機噴施作業過程的航線規劃。

技術領域

本發明涉及一種農用植保無人機噴施過程中多障礙、小障礙下的避障方法及無人機，屬于無人機飛行路線規劃領域。

背景技術

植保無人機噴施作業的區域一般面積較大，而無人機體積小，反應靈活，所以一般植保無人機噴施的路線被規劃成來回往復的形如“Π”的形狀，其路線如圖3所示。圖3(a)是標準的矩形噴施區域，圖3(b)是一個不規則的噴施區域，但是他們規劃的路線都是來回往復的。這種來回往復的路線在沒有障礙的情況下噴施作業的效率和噴灑的均勻度(重噴和漏噴)都特別好。但是在實際應用中這種無任何障礙的無人機噴灑作業幾乎不存在。

一般植保無人機在噴施作業中遇到的情況如圖4所示，在已經離線規劃好的路線中分布著若干障礙，這些障礙的特點是比較小，也比較分散，在離線路線規劃其中很難將其排除，此時就要求無人機在噴施作業的過程中還要進行障礙的躲避。

以無人機在噴施作業中遇到一個障礙為例，運用傳統的避障算法所得到的避障路線如圖5所示。由圖5看出，植保無人機在避障的同時進行噴灑作業，因為無人機在躲避障礙的時候不能停止噴施作業，所以就會導致有些區域噴灑不到農藥(如圖5的漏噴區域)，有些區域會在無人機回飛時噴灑兩遍(如圖5的重復噴灑區域)。此避障方法會導致大面積的重噴和漏噴。

發明內容

本發明的目的是為了解決現有技術的無人機噴施飛行路線規劃方法未能選擇適合無人機機動特性的避障路徑，未考慮到無人機需飛回原路線進行噴施，而導致重噴漏噴面積過多的缺點。而提出一種農用植保無人機噴施過程中多障礙、小障礙下的避障方法及無人機。

一種農用植保無人機噴施過程中多障礙下的避障方法，包括如下步驟：

步驟1)將飛行路徑的起點和終點連接，形成一條用于表示原飛行路線的直線段；

步驟2)判斷所述直線段是否與障礙圓相交，若不相交，則按原路線直線飛行，若相交，則執行步驟3)；所述障礙圓是用于表示障礙物位置和大小特征的模型；將與所述直線段相交的障礙圓稱為目標障礙圓；

步驟3)生成復數個與所述直線段與所述目標障礙圓同時相切的最小轉彎圓；所述最小轉彎圓的半徑為無人機的最小轉彎半徑；

步驟4)根據所述直線段、所述目標障礙圓以及所述最小轉彎圓確定復數個可選的飛行路徑并計算路徑的長度以及與所述的可選飛行路徑對應的重噴漏噴面積，并將數據進行歸一化處理；

步驟5)將所述的復數個可選路徑作為初始種群，計算出適應值的大小；

步驟6)使用遺傳算法的選擇、交叉、變異操作，當滿足迭代次數或者滿足預定的適應值大小條件時，輸出最佳的搜索路徑。

一種農用植保無人機噴施過程中小障礙下的避障方法，包括如下步驟：

步驟1)將飛行路徑的起點和終點連接，形成一條用于表示原飛行路徑的直線段；

步驟2)判斷所述直線段是否與障礙圓相交，若不相交，則按原路線直線飛行，若相交，則執行步驟3)；所述障礙圓是用于表示障礙物位置和大小特征的模型；

步驟3)比較無人機的最小轉彎半徑與所述障礙圓的半徑大?。?/p>