[發(fā)明專利]具備避障功能的無人機(jī)室內(nèi)定位系統(tǒng)及方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810481191.6
• 申請(qǐng)日: 2018-05-18
• 公開（公告）號(hào): CN108919825A
• 公開（公告）日: 2018-11-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 周君;路朝陽;安樹懷;王奉沖;于強(qiáng);吳石書;劉學(xué)松;肖文軍;林柏樺
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 國網(wǎng)山東省電力公司青島供電公司;國家電網(wǎng)公司
• 主分類號(hào): G05D1/10
• 分類號(hào): G05D1/10
• 代理公司: 青島發(fā)思特專利商標(biāo)代理有限公司 37212
• 代理人: 鞏同海

1.一種具備避障功能的無人機(jī)室內(nèi)定位系統(tǒng)，其特征在于：包括：

激光雷達(dá)(1)系統(tǒng)：實(shí)時(shí)采集室內(nèi)3D點(diǎn)云圖像，并檢測3D點(diǎn)云圖像的平面及平面與無人機(jī)所在位置的距離以獲取無人機(jī)當(dāng)前位置與障礙物的距離；

UWB系統(tǒng)包括定位基站(4)、安裝在無人機(jī)上的UWB標(biāo)簽(5)、UWB解算器(6)和濾波器(7)，用于實(shí)時(shí)獲取無人機(jī)上的UWB標(biāo)簽(5)到定位基站(4)的距離、解算并修正無人機(jī)上的UWB標(biāo)簽(5)的坐標(biāo)，并計(jì)算無人機(jī)的目標(biāo)位置與其當(dāng)前位置的水平平移量；

中央控制模塊(8)：分別與激光雷達(dá)(1)系統(tǒng)和UWB系統(tǒng)連接，用于接收激光雷達(dá)(1)系統(tǒng)和UWB系統(tǒng)的信號(hào)，并發(fā)出控制指令以控制無人機(jī)的飛行；

飛行控制驅(qū)動(dòng)器(9)：與中央控制模塊(8)連接，用于接收中央控制模塊(8)的控制指令并發(fā)出驅(qū)動(dòng)信號(hào)驅(qū)動(dòng)無人機(jī)飛行；

伺服電機(jī)(10)：與飛行控制驅(qū)動(dòng)器(9)連接，安裝于無人機(jī)上接收飛行控制驅(qū)動(dòng)器(9)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)并運(yùn)轉(zhuǎn)；

地面站PC機(jī)(11)：通過無線通信模塊與中央控制模塊(8)連接并進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，以對(duì)無人機(jī)的實(shí)時(shí)監(jiān)控。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具備避障功能的無人機(jī)室內(nèi)定位系統(tǒng)，其特征在于：激光雷達(dá)(1)系統(tǒng)包括依次連接的激光雷達(dá)(1)、點(diǎn)云生成器(2)和參數(shù)計(jì)算模塊(3)，參數(shù)計(jì)算模塊(3)與中央控制模塊(8)連接。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的具備避障功能的無人機(jī)室內(nèi)定位系統(tǒng)，其特征在于：激光雷達(dá)(1)水平安裝于無人機(jī)背部，在無人機(jī)平飛時(shí)，其掃描面與地平面平行。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具備避障功能的無人機(jī)室內(nèi)定位系統(tǒng)，其特征在于：定位基站(4)安裝在室內(nèi)四周墻壁上或室內(nèi)地上。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具備避障功能的無人機(jī)室內(nèi)定位系統(tǒng)，其特征在于：定位基站(4)的數(shù)量為四個(gè)，分別安裝在室內(nèi)四周墻壁上。

6.根據(jù)權(quán)利要求1或5所述的具備避障功能的無人機(jī)室內(nèi)定位系統(tǒng)，其特征在于：濾波器(7)采用卡爾曼濾波器(7)。

7.一種具備避障功能的無人機(jī)室內(nèi)定位方法，其特征在于：包括如下步驟：

步驟一：利用安裝在無人機(jī)上的激光雷達(dá)(1)按設(shè)定采集頻率實(shí)時(shí)采集室內(nèi)3D點(diǎn)云圖像，并檢測3D點(diǎn)云圖像的平面及平面與無人機(jī)所在位置的距離，以獲取無人機(jī)當(dāng)前位置與障礙物的距離；

步驟二：實(shí)時(shí)獲取無人機(jī)上UWB標(biāo)簽(5)到室內(nèi)各個(gè)定位基站(4)的距離值；

步驟三：對(duì)從UWB標(biāo)簽(5)獲取的距離值根據(jù)實(shí)際測量結(jié)果擬合出的修正函數(shù)進(jìn)行修正；

步驟四：根據(jù)步驟三中修正的距離使用三角解算法解算出無人機(jī)上UWB標(biāo)簽(5)的坐標(biāo)；

步驟五：使用濾波器(7)過濾步驟四的坐標(biāo)結(jié)果得到修正的坐標(biāo)位置；

步驟六：根據(jù)步驟五的修正后的坐標(biāo)位置計(jì)算出無人機(jī)的目標(biāo)位置與當(dāng)前位置的水平平移量，控制無人機(jī)向目標(biāo)位置按照設(shè)定的速度移動(dòng)，如果步驟A中探測到的障礙物距離小于預(yù)設(shè)值，則無人機(jī)同時(shí)自動(dòng)升高高度。

步驟七：當(dāng)平移向量小于預(yù)設(shè)閾值時(shí)，停止控制無人機(jī)向所述定位基準(zhǔn)平面的重心飛行，定位導(dǎo)航結(jié)束。