[發明專利]無人機環繞物體外形輪廓飛行的控制方法

有效

• 申請號: 201710190045.3
• 申請日: 2017-03-28
• 公開（公告）號: CN106970641B
• 公開（公告）日: 2019-12-24
• 發明（設計）人: 莫宏偉;屈利偉;陳孝森;竇笑
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: G05D1/10
• 分類號: G05D1/10
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明提供的是一種無人機環繞物體外形輪廓飛行的控制方法。無人機開機自檢；起飛，使待環繞目標進入目標可檢測范圍，開啟目標環繞模式；利用激光雷達探測信息解算無人機機頭方向與目標中心方向的夾角即轉差角及無人機與目標的距離即目標距離；將轉差角輸入轉向PID控制器，控制器輸出量用于控制無人機鎖定目標；將目標距離輸入定距PID控制器，控制器輸出量用于控制無人機與目標維持在設定距離；控制無人機環繞目標外形輪廓飛行。本發明的無人機環繞物體外形輪廓飛行的控制方法能控制機頭方向始終對著環繞目標，并可以控制無人機沿著目標外形輪廓定距飛行，大大降低手動控制無人機環繞目標飛行的難度。

技術領域

本發明涉及的是一種無人機控制方法，具體地說是一種無人機環繞物體外形輪廓飛行的控制方法。

背景技術

無人機具有使用成本低，無直接人員傷亡風險，可搭載多種檢測儀器等特點。無人機在航拍、搜救、野生動物考察、大氣研究、電力巡線、橋梁檢測等領域發揮重要作用。

橋梁支座是橋梁易損壞部位，是橋梁檢測的重點檢查對象，無人機可搭載相機對支座病害進行拍照記錄，人為控制無人機環繞橋墩飛行檢查橋梁支座健康狀態對無人機操控者操控技術要求較高，采用無人機定距環繞橋墩飛行控制技術可大幅度降低無人機操控難度，同時提高橋梁檢測效率。

名稱為“無人機定點環繞飛行的控制方法”的專利文件中，通過遙控器或地面站設定環繞目標點和環繞半徑，利用GPS和機載傳感器對無人機進行定位，控制無人機環繞目標點飛行，該方法不能沿物體外形輪廓飛行，在無GPS信號情況下該方法不能使用。雙目視覺可構建環境三維立體影像，可以獲得環境大量信息，在目標跟蹤中有廣泛應用，雙目視覺可識別環繞目標的方位和無人機與環繞目標的距離，也可用于環繞飛行控制。視覺傳感器獲取的環境的信息量大，特征提取算法復雜，計算量大，當環境光線較暗或者較強時或環境特征不明顯時會影響特征提取效果，進而影響無人機環繞目標飛行的控制效果。

發明內容

本發明的目的在于提供一種計算復雜度低、易于操控的無人機環繞物體外形輪廓飛行的控制方法。

本發明的目的是這樣實現的：

步驟A，無人機開機自檢，檢查系統中各傳感器工作狀態，當有故障時通過提示裝置發出警報；

步驟B，遙控無人機起飛，使環繞目標進入目標可檢測范圍，開啟目標環繞模式，通過提示裝置發出環繞模式開啟成功或開啟失敗的提示信息；

步驟C，利用激光雷達探測信息解算無人機機頭與目標中心方向的夾角即轉差角及無人機與目標的距離即目標距離；

步驟D，將轉差角輸入轉向PID控制器，轉向PID控制器輸出量用于控制無人機鎖定目標；

步驟E，將目標距離輸入定距PID控制器，定距PID控制器輸出量用于控制無人機與目標維持在設定距離，環繞模式下通過遙控器俯仰通道改變定距距離；

步驟F，控制無人機環繞目標飛行。

本發明還可以包括：

1、步驟C具體包括：將激光雷達探測信息變換到水平面內，在目標可檢測范圍搜索連續體，合并可以合并的連續體，尋找探測點數最多連續體，確定連續體邊界，計算轉差角和目標距離；

步驟C1，利用陀螺儀和加速度計信息計算無人機的姿態，包括橫滾角、俯仰角和航向角，激光雷達與無人機具有相同的姿態角；

載體坐標系到水平坐標系的坐標變換矩陣為：

其中α為橫滾角，β為俯仰角，利用坐標變換矩陣將激光雷達探測信息變換到水平面內；

步驟C2，所述連續體是指根據判定規則確定的激光雷達探測點的集合；連續體均由一個激光雷達探測點逐步擴充得到，連續體擴充判定規則為：