[發(fā)明專利]一種多旋翼無人機(jī)室內(nèi)導(dǎo)航方法

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• 申請日: 2018-03-20
• 公開（公告）號: CN108445504A
• 公開（公告）日: 2018-08-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉秀蘭;宋永端;劉瑜;賴俊峰;何鎏
• 申請（專利權(quán)）人: 迪比（重慶）智能科技研究院有限公司
• 主分類號: G01S17/93
• 分類號: G01S17/93;G01C21/20
• 代理公司: 重慶信航知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 50218
• 代理人: 吳彬

本發(fā)明公開了一種多旋翼無人機(jī)室內(nèi)導(dǎo)航方法，包括在多旋翼無人機(jī)上設(shè)置二維激光雷達(dá)和裝在有ROS系統(tǒng)的處理器，二維激光雷達(dá)與串口通信模塊連接，所述串口通信模塊通過USB接口與處理器連接；通過二維激光雷達(dá)掃描出多旋翼無人機(jī)周圍環(huán)境的輪廓數(shù)據(jù)，并通過串口通信模塊將掃描得到的輪廓數(shù)據(jù)發(fā)送給處理器；所述處理器通過如下步驟建立代價(jià)地圖，并在建立的代價(jià)地圖之上進(jìn)行室內(nèi)導(dǎo)航。本發(fā)明多旋翼無人機(jī)室內(nèi)導(dǎo)航方法能夠根據(jù)多旋翼無人機(jī)周圍實(shí)際情況選擇最優(yōu)飛行軌跡，自動躲避障礙物，實(shí)現(xiàn)多旋翼無人機(jī)在室內(nèi)自主避障飛行。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及無人機(jī)自主飛行技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種無人機(jī)在無衛(wèi)星信號環(huán)境中自主飛行的導(dǎo)航方法。

背景技術(shù)

無人機(jī)(UAV,unmannedairvehice)是一種由無線電遙控設(shè)備或由自身程序控制裝置操縱的，執(zhí)行特定任務(wù)的非載人飛行器。無人機(jī)由于相對于有人駕駛飛機(jī)而言具有體積小、重量輕、機(jī)動性好、適用性強(qiáng)、以及成本低和不必冒生命危險(xiǎn)等特點(diǎn)，在民用和軍用領(lǐng)域受到廣泛關(guān)注。

在軍事上，無人機(jī)主要用來偵察、監(jiān)視、通信中繼、電子對抗、戰(zhàn)果評估、騷擾、誘惑、反潛、目標(biāo)攻擊等；在國民經(jīng)濟(jì)方面，無人機(jī)用于大地測量、氣象觀測、城市環(huán)境檢測、地球資源勘探、森林防火和人工降雨等；在科學(xué)技術(shù)方面，用于大氣取樣，對核、生、化污染區(qū)的取樣與檢測等；另外,由于無人機(jī)與空間飛行器都屬于無人駕駛范疇，在某些方面具有相似之處,所以空間飛行器新型元器件、子系統(tǒng)、有效載荷的飛行試驗(yàn)也可以用無人機(jī)來進(jìn)行先行驗(yàn)證。

具有自主飛行能力的小型多旋翼無人機(jī)，廣泛應(yīng)用于電力巡線、救災(zāi)探測、勘探測繪、人員搜救、快遞流物等行業(yè)，它在軍用和民用領(lǐng)域都得到了廣泛的關(guān)注。在整個(gè)無人機(jī)自主飛行系統(tǒng)中，無人機(jī)航跡規(guī)劃是無人機(jī)任務(wù)規(guī)劃系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)之一，也是無人機(jī)實(shí)現(xiàn)自主飛行和自主攻擊的基礎(chǔ)。無人機(jī)航跡規(guī)劃方法的主要目的是在給定的規(guī)劃區(qū)域內(nèi)尋找一條最優(yōu)的或者滿意的飛行航跡，因此首先要得出周圍環(huán)境的全局地圖，然后再在全局地圖的基礎(chǔ)上使用ROS導(dǎo)航功能包集實(shí)現(xiàn)全局導(dǎo)航。

無人機(jī)在飛行過程中的自主控制技術(shù)，國外已有許多研究機(jī)構(gòu)從體系結(jié)構(gòu)、航跡的自主快速規(guī)劃等不同的方面對其進(jìn)行了深入的探索與研究。無人機(jī)的控制方式發(fā)展至今，主要形成了遙控、程序控制/指令控制、半自主控制和自主控制等四種控制方式?，F(xiàn)階段無人機(jī)自主飛行技術(shù)的大體狀況是現(xiàn)有的技術(shù)手段只能在相對確定的環(huán)境中實(shí)現(xiàn)自主或半自主控制，快速變化的不確定環(huán)境下的完全意義上的無人機(jī)智能自主控制，就目前的技術(shù)條件來說還不成熟。從根本上說，完全意義上的無人機(jī)自主控制需要具備不確定前提下實(shí)時(shí)處理突發(fā)狀況的自主決策能力。目前的能實(shí)現(xiàn)自主飛行的無人機(jī)依賴衛(wèi)星信號給出位置信息，根據(jù)位置信息再使用已有地圖規(guī)劃路徑。然而在室內(nèi)，隧道等有遮蔽物的環(huán)境中無人機(jī)無法接收到GPS信號，無人機(jī)在飛行過程中無法得到自身與周圍環(huán)境實(shí)際狀態(tài)；給定的地圖無法實(shí)時(shí)更新，無人機(jī)周圍出現(xiàn)突發(fā)狀況無人機(jī)無法做出及時(shí)反應(yīng)。這些問題的存在使得無人機(jī)在室內(nèi)自主避障飛行很難實(shí)現(xiàn)。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明的目的是提供一種多旋翼無人機(jī)室內(nèi)導(dǎo)航方法，通過導(dǎo)航系統(tǒng)在室內(nèi)得到多旋翼無人機(jī)周圍環(huán)境數(shù)據(jù)，生成地圖，實(shí)時(shí)更新地圖，并根據(jù)周圍環(huán)境規(guī)劃出路徑，在沒有GPS信號的情況下實(shí)現(xiàn)無人機(jī)自主避障飛行，解決無人機(jī)在室內(nèi)自主飛行的技術(shù)問題。

本發(fā)明多旋翼無人機(jī)室內(nèi)導(dǎo)航方法，包括在多旋翼無人機(jī)上設(shè)置二維激光雷達(dá)和裝在有ROS系統(tǒng)的處理器，所述二維激光雷達(dá)與串口通信模塊連接，所述串口通信模塊通過USB接口與處理器連接；

通過二維激光雷達(dá)掃描出多旋翼無人機(jī)周圍環(huán)境的輪廓數(shù)據(jù)，并通過串口通信模塊將掃描得到的輪廓數(shù)據(jù)發(fā)送給處理器，所述多旋翼無人機(jī)和處理器之間通過USB接口連接；

所述處理器通過如下步驟建立代價(jià)地圖，并在建立的代價(jià)地圖之上進(jìn)行室內(nèi)導(dǎo)航：