[發明專利]一種基于預設航線的地表近距離自主探查無人機的三維避障方法有效

申請號：	201810517890.1	申請日：	2018-05-25
公開（公告）號：	CN109358637B	公開（公告）日：	2021-11-09
發明（設計）人：	馬婭婕;劉國慶;盧少武;張磊;胡軼;但峰;嚴?？?/a>;寧博文;周鳳星	申請（專利權）人：	武漢科技大學
主分類號：	G05D1/10	分類號：	G05D1/10
代理公司：	湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102	代理人：	崔友明;劉琰
地址：	430081 湖北***	國省代碼：	湖北;42
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摘要：
搜索關鍵詞：	一種基于預設航線地表近距離自主探查無人機三維方法
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【說明書】：

本發明公開了一種基于預設航線的地表近距離自主探查無人機的三維避障方法，包括：無人機進行地表近距離自主探查任務時，根據任務需求，選取人工勢場法作為避障算法；對無人機預設航線，并建立以預設航線中出發點到目標點方向上的坐標系；對人工勢場法進行改進并提出避障原則：引入線勢場，使無人機在有效規避障礙物后重新回到預設航線；對斥力勢場進行改進，使無人機自主逃離局部極小點；根據災后場景，搭建無人機執行任務的避障場景，將障礙物近似為球型，構建障礙物場景；在避障場景內，對無人機執行任務時的軌跡和速度進行三維仿真分析，驗證方法的可行性。本發明能實現基于預設航線的無人機三維避障，避障過程軌跡平滑，無人機速度平穩。

技術領域

本發明涉及無人機自主避障領域，尤其涉及一種基于預設航線的地表近距離自主探查無人機的三維避障方法。

背景技術

隨著傳感技術和嵌入式系統的快速發展，無人機自主性日益提高，無人機導航日益成熟，但是在實際應用中，環境復雜，無人機難免會遇到障礙物，是否具有自主避障能力就成了衡量無人機自主性的最主要因素，因此無人機避障成為了當前的研究熱點。

目前國內外學者們關于無人機避障的研究主要是基于二維空間的無人機避障，避障方法層出不窮。此類避障方法旨在消除無人機與障礙物之間的碰撞，進行避障軌跡優化。但是在實際應用中為提高無人機的自主性，避障往往伴隨著航線跟隨，因此目前大多避障方法無法完成基于預設航線的避障；通常高空避障時，繞過障礙物基本能避開所有障礙物，目前大部分避障方法研究的是繞開障礙物的二維避障，針對地面近距離自主探查無人機的任務需求，無人機需要在地表執行任務，地表障礙物情況復雜，采用繞過障礙物(二維避障)會增大無人機的探查盲區。

總之，目前的避障技術在無人機執行地表近距離自主探查時存在弊端有：無法結合預設航線，自主性較低；避障多為二維，探查盲區增大。

發明內容

本發明要解決的技術問題在于針對現有技術中的缺陷，提供一種基于預設航線的地表近距離自主探查無人機的三維避障方法。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：

本發明提供一種基于預設航線的地表近距離自主探查無人機的三維避障方法，該方法包括以下步驟：

步驟1、無人機進行地表近距離自主探查任務時，根據任務需求，選取人工勢場法作為避障算法；

步驟2、對無人機預設航線，并建立以預設航線中出發點到目標點方向上的坐標系；

步驟3、對人工勢場法進行改進并提出避障原則：引入線勢場，使無人機在有效規避障礙物后重新回到預設航線；對斥力勢場進行改進，使無人機自主逃離局部極小點；

步驟4、根據災后場景，搭建無人機執行任務的避障場景，并在避障場景中，將障礙物近似為球型，構建障礙物場景；

步驟5、在避障場景內，對無人機執行任務時的軌跡和速度進行三維仿真分析，驗證方法的可行性。

進一步地，本發明的步驟2中建立坐標系的方法具體為：

根據預設航線，以出發點到目標點方向在大地平面投影為X軸方向，Y軸在大地平面與X軸垂直，Z軸方向與X軸、Y軸均垂直，且Z軸方向朝向大地平面上方。