[發明專利]農用植保無人機避障噴施路徑規劃方法及無人機

有效

• 申請號: 201611155201.4
• 申請日: 2016-12-14
• 公開（公告）號: CN106774395B
• 公開（公告）日: 2019-11-22
• 發明（設計）人: 張喜海;范成國;房俊龍;孟繁鋒;許綏佳;喬岳
• 申請（專利權）人: 東北農業大學
• 主分類號: G05D1/10
• 分類號: G05D1/10;G01C21/00
• 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

本發明提供一種農用植保無人機避障噴施路徑規劃方法及無人機，涉及無人機路線規劃方法及控制方法領域，為了解決現有技術中的避障算法未能兼顧減少路徑長短以及減少重噴漏噴的缺點，而提出一種新的用于植保無人機的避障路徑規劃方法及無人機，所述方法包括：判斷第一條噴施路徑的起點和終點構成的直線段與障礙圓是否相交；若相交，則生成Dubins路徑并確定所有可選的飛行路徑，計算第一條路徑的飛行路徑長度、轉彎路徑的長度、重復噴施面積：重復上述步驟，直至計算出所有的飛行路徑長度以及重復噴施面積，為了快速找出最佳路徑加入了遺傳算法，在所述可選的飛行路徑中快速選取最佳路徑。本發明適用于植保無人機。

技術領域

本發明涉及一種農用植保無人機避障噴施路徑規劃方法及無人機，屬于無人機路線規劃方法及控制方法領域。

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。植保無人機在噴施作業中很有可能遇到零散分布的樹木，信號塔，電線桿等障礙。這無可避免的會涉及到植保無人機的噴施過程的避障問題。

一般植保無人機在噴施作業中遇到的情況如圖4所示(其中圓形代表障礙)，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只遇到一個障礙的情況為例，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，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(如上面的漏噴區域)，有些區域會在無人機回飛時噴灑兩遍(如上面的重復噴灑區域)。此避障過程會導致大面積的重噴和漏噴，下面就無人機噴施作業中的避障問題展開討論，并提出一種兼顧路徑長短和多噴漏噴的方法。給出一種無人機在噴施作業中的避障策略，這種避障策略可以在路徑長度增加不多的情況下，有效的減少多噴和漏噴的面積。圖5是以單障礙為例，當遇到多個障礙時，傳統的避障算法將會導致更多的重噴和漏噴的面積。

文獻“《基于Dubins路徑的無人機避障規劃算法》，關震宇”提供了一種無人機避障規劃方法，但其未排除不需要躲避的障礙，并且不能返回原飛行路線上，從而導致其不能在減少重噴漏噴面積的基礎上選擇最佳路徑。

發明內容

本發明的目的是為了解決現有技術中的避障算法未能兼顧減少路徑長短以及減少重噴漏噴的缺點，而提出一種新的用于植保無人機的避障路徑規劃方法及無人機。

一種用于植保無人機的避障噴施路徑長度確定方法，所述方法用于規劃從起始點到終點的飛行路徑，所述飛行路徑包括M條噴施路徑以及N條轉彎路徑，其特征在于，確定第一條噴施路徑的方法包括：

步驟1)從第一條直線噴施路徑起，將當前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)比較無人機的最小轉彎半徑與所述障礙圓的半徑大小；

若障礙圓的半徑大于等于無人機的最小轉彎半徑，則執行步驟4)；

若障礙圓的半徑小于無人機的最小轉彎半徑，則生成兩個所述障礙圓的內切圓，以內切圓代替所述障礙圓，然后執行步驟4)；所述內切圓的圓心位于所述直線段的經過所述障礙圓圓心的垂線上，所述內切圓的半徑等于所述最小轉彎圓的半徑；