[發(fā)明專利]農(nóng)用植保無人機(jī)噴施過程中單障礙、小障礙下的避障方法及無人機(jī)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201611153753.1
• 申請(qǐng)日: 2016-12-14
• 公開（公告）號(hào): CN106774394B
• 公開（公告）日: 2019-09-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張喜海;范成國(guó);房俊龍;劉東;許綏佳;喬岳;杜佳麗
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 東北農(nóng)業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): G05D1/10
• 分類號(hào): G05D1/10;B64D1/18
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標(biāo)事務(wù)所 23109
• 代理人: 楊立超

本發(fā)明涉及一種農(nóng)用植保無人機(jī)噴施過程中單障礙、小障礙下的避障方法及無人機(jī)，屬于無人機(jī)飛行路線規(guī)劃領(lǐng)域。為了解決現(xiàn)有技術(shù)的無人機(jī)噴施飛行路線規(guī)劃方法未能選擇適合無人機(jī)機(jī)動(dòng)特性的避障路徑，未考慮到無人機(jī)需飛回原路線進(jìn)行噴施，而導(dǎo)致重噴漏噴面積過多的缺點(diǎn)。農(nóng)用植保無人機(jī)噴施過程中單障礙下的避障方法包括：判斷原飛行路線的直線段是否與障礙圓相交；若相交，生成復(fù)數(shù)個(gè)與直線段與所述目標(biāo)障礙圓同時(shí)相切的最小轉(zhuǎn)彎圓，根據(jù)直線段、目標(biāo)障礙圓以及最小轉(zhuǎn)彎圓確定復(fù)數(shù)個(gè)可選的飛行路徑；在可選路徑中選取經(jīng)過歸一化處理后評(píng)價(jià)值最高的作為最終的噴施飛行路徑。本發(fā)明適用于農(nóng)用植保無人機(jī)噴施作業(yè)過程的航線規(guī)劃。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種農(nóng)用植保無人機(jī)噴施過程中單障礙、小障礙下的避障方法及無人機(jī)，屬于無人機(jī)飛行路線規(guī)劃領(lǐng)域。

背景技術(shù)

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

一般植保無人機(jī)在噴施作業(yè)中遇到的情況如圖4所示，在已經(jīng)離線規(guī)劃好的路線中分布著若干障礙，這些障礙的特點(diǎn)是比較小，也比較分散，在離線路線規(guī)劃中很難將其排除，此時(shí)就要求無人機(jī)在噴施作業(yè)的過程中還要進(jìn)行障礙的躲避。

以無人機(jī)在噴施作業(yè)中遇到一個(gè)障礙為例，運(yùn)用傳統(tǒng)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(jī)在避障的同時(shí)進(jìn)行噴灑作業(yè)，因?yàn)闊o人機(jī)在躲避障礙的時(shí)候不能停止噴施作業(yè)，所以就會(huì)導(dǎo)致有些區(qū)域噴灑不到農(nóng)藥(如圖5所示的漏噴區(qū)域)，有些區(qū)域會(huì)在無人機(jī)回飛時(shí)噴灑兩遍(如圖5的重復(fù)噴灑區(qū)域)。此避障方法會(huì)導(dǎo)致大面積的重噴和漏噴。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有技術(shù)的無人機(jī)噴施飛行路線規(guī)劃方法未能選擇適合無人機(jī)機(jī)動(dòng)特性的避障路徑，未考慮到無人機(jī)需飛回原路線進(jìn)行噴施，而導(dǎo)致重噴漏噴面積過多的缺點(diǎn)。而提出一種農(nóng)用植保無人機(jī)噴施過程中單障礙、小障礙下的避障方法及無人機(jī)。

一種農(nóng)用植保無人機(jī)噴施過程中單障礙下的避障方法，包括如下步驟：

步驟1)將飛行路徑的起點(diǎn)和終點(diǎn)連接，形成一條直線段；

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(zhí)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)生成復(fù)數(shù)個(gè)與所述直線段與所述障礙圓同時(shí)相切的最小轉(zhuǎn)彎圓；所述最小轉(zhuǎn)彎圓的半徑為無人機(jī)的最小轉(zhuǎn)彎半徑；

步驟4)根據(jù)所述直線段、所述障礙圓以及所述最小轉(zhuǎn)彎圓確定復(fù)數(shù)個(gè)可選的飛行路徑；

步驟5)計(jì)算所述復(fù)數(shù)個(gè)可選的飛行路徑的路徑長(zhǎng)度和與每個(gè)可選的飛行路徑對(duì)應(yīng)的重噴漏噴面積；

步驟6)將所述每條可選的路徑長(zhǎng)度和與其對(duì)應(yīng)的重噴漏噴面積進(jìn)行歸一化處理，得到與每條可選的飛行路徑對(duì)應(yīng)的評(píng)價(jià)函數(shù)；

步驟7)從所述的每個(gè)評(píng)價(jià)函數(shù)中選出數(shù)值最大的，并將其對(duì)應(yīng)的飛行路徑作為最終飛行路徑。

一種植保無人機(jī)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(diǎn)和終點(diǎn)連接，形成一條直線段；

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(zhí)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(jī)的最小轉(zhuǎn)彎半徑與所述障礙圓的半徑大?。?/p>