[發明專利]一種面向不規則障礙物的無人機路徑規劃方法及系統

在審

• 申請號: 201910264887.8
• 申請日: 2019-04-03
• 公開（公告）號: CN109828607A
• 公開（公告）日: 2019-05-31
• 發明（設計）人: 張啟錢;許衛衛;張洪海;劉皞;楊磊;鄒依原;王立超
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: G05D1/10
• 分類號: G05D1/10
• 代理公司: 北京高沃律師事務所 11569
• 代理人: 程華

本發明公開了一種面向不規則障礙物的無人機路徑規劃方法及系統。該方法包括：依據物理性能約束參數，采用柵格法對路徑規劃環境空間區域進行構建，得到路徑規劃環境柵格模型；確定無人機的待選飛行路徑點序列以及所有障礙物的類型和位置信息；對所有障礙物的外包圍線均進行處理，得到處理后的障礙物；處理后的障礙物均為凸多邊形障礙物；采用射線法對待選飛行路徑點序列進行篩選，得到可飛路徑點序列；對第一可飛路徑段與處理后的障礙物進行相交檢測，得到不相交路徑點序列；對第二可飛路徑段與處理后的障礙物進行距離檢測，得到無人機的飛行路徑。本發明解決了在面對環境中存在多類型不規則障礙物時無法進行無人機路徑規劃這一問題。

技術領域

本發明涉及無人機路徑規劃技術領域，特別是涉及一種面向不規則障礙物的無人機路徑規劃方法及系統。

背景技術

隨著導航和自動控制技術的發展，無人機的用途日益多樣化。軍事領域，它可以充當靶機，成為空戰制勝的關鍵武器，也可以執行反雷達監控、偵察突襲等任務。民用領域，除可以進行電力巡檢、農藥噴灑外，無人機還可以用于“最后一公里”物流的運輸。科研方面，可利用無人機獲取數據進行地理測繪。在這三大應用領域中，無人機的路徑規劃問題是需要解決的核心問題。

路徑規劃，就是要求無人機在滿足特定約束條件下，尋找到從初始點到目標點滿足性能指標的最優飛行路徑。其目的在于，在滿足不與障礙物發生碰撞且減少其飛行耗能的前提下，完成其任務。對無人機而言，能否安全高效地躲避障礙物是提高無人機存活率的關鍵。因此，建立無人機在不規則障礙物環境下的自主避障算法是目前亟待解決的問題。

現有無人機路徑規劃算法大都是針對簡單環境進行設計的，均假設環境中的障礙物是規則的，如圓形、矩形等。但是對于環境的假設，使得規劃空間過于理想，與實際不相符。考慮到現實環境下障礙物多為不規則形狀，直接套用上述方法，導致路徑規劃精確度較差，無法滿足應用需求。

發明內容

基于此，有必要提供一種面向不規則障礙物的無人機路徑規劃方法及系統，以解決在面對環境中存在多類型不規則障礙物時無法進行無人機路徑規劃這一問題時，綜合考慮復雜、密集、不規則的障礙物環境和無人機物理性能約束，實現無人機的飛行路徑規劃，提高路徑規劃的精確度。

為實現上述目的，本發明提供了如下方案：

一種面向不規則障礙物的無人機路徑規劃方法，包括：

獲取無人機的物理性能約束參數；所述物理性能約束參數包括最大轉彎角、最大航程和最小飛行路徑段長度；

確定無人機的路徑規劃環境空間區域；

依據所述物理性能約束參數，采用柵格法對所述路徑規劃環境空間區域進行構建，得到路徑規劃環境柵格模型；

依據所述無人機的起點、終點和所述路徑規劃環境柵格模型，確定無人機的待選飛行路徑點序列；

確定所述路徑規劃環境空間區域中所有障礙物的類型和位置信息；所述位置信息為障礙物在所述路徑規劃環境柵格模型中的位置坐標；所述類型包括弧形障礙物、凹多邊形障礙物和凸多邊形障礙物；

依據所述類型，對所有障礙物的外包圍線均進行處理，得到處理后的障礙物；所述處理后的障礙物均為凸多邊形障礙物；

依據所述位置信息，采用射線法對所述待選飛行路徑點序列進行篩選，得到可飛路徑點序列；

對第一可飛路徑段與所述處理后的障礙物進行相交檢測，得到不相交路徑點序列；所述第一可飛路徑段是沿著無人機終點方向，連接可飛路徑點序列中任意兩個相鄰的路徑點形成的；

對第二可飛路徑段與所述處理后的障礙物進行距離檢測，得到無人機的飛行路徑；所述第二可飛路徑段是沿著無人機終點方向，連接不相交路徑點序列中任意兩個相鄰的路徑點形成的。