[發明專利]一種無人機針對桿型障礙物的規避方法

有效

• 申請號: 202010631248.3
• 申請日: 2020-07-03
• 公開（公告）號: CN111781949B
• 公開（公告）日: 2022-11-18
• 發明（設計）人: 邱白晶;吳儀;曹智
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 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

1.一種無人機針對桿型障礙物的規避方法，其特征在于，包括如下方法：

通過無人機上的探測設備對飛行路徑上的周邊環境進行感知和識別，所述探測設備實時輸出的探測數據；

所述無人機根據探測數據獲取桿型障礙物的相對位置信息，所述相對位置信息包括無人機與桿型障礙物的相對距離和無人機與桿型障礙物的相對角度；所述無人機根據無人機與桿型障礙物的相對距離和無人機與桿型障礙物的相對角度確定桿型障礙物的輪廓；

所述無人機根據桿型障礙物的輪廓計算出當前姿態下最小距離d_min，具體如下：

根據所述無人機包裹機體外緣呈橢球體，建立橢球體的無人機上任意一點在慣性坐標系中的坐標：

x′＝R^-1(x,y,z)^T，

其中，(x,y,z)^T為所述橢球體上任意點位置；

R^-1為旋轉矩陣R的逆矩陣，旋轉矩陣R為：

為側傾角，θ為俯仰角，ψ為偏航角；

所述橢球體的無人機上一點s₁可表示為：s₁＝s₀+λ₂(s₁-s₀)，其中λ₂為常數，b＜＜λ₂＜＜a，s₀為橢球體中心位置矢量，s₁為橢球體上任意點位置矢量；

a為橢球體長軸半徑，b為橢球體短軸半徑；

根據桿型障礙物的輪廓確定桿型障礙物兩端的位置和回轉半徑ρ；

所述障礙物上任意一點s₂可表示為：s₂＝u+λ₁(q-u)，其中，λ₁為常數，0λ₁1，q和u分別為桿型障礙物沿軸向兩端點位置矢量；

橢球體上任意點與障礙物表面之間的最小距離為：min(Δr)＝min(|s₁s₂|-ρ)，Δr為空間最小距離矢量，且Δr＝s₂-s₁，ρ為障礙物的回轉半徑；

通過二次規劃和正交分解，得出min(Δr)＝min(v^Tv)，其中v＝Rx+Q^Ty，Q為是列向量為單位長度且相互正交的矩陣,R為三角矩陣；向量y＝u-s₀；

優化求解得：其中，其中v_min為v的最小值；

根據當前姿態下最小距離d_min，無人機進行碰撞緊迫性評估，確定是否調整飛行的軌跡路線。

2.根據權利要求1所述的無人機針對桿型障礙物的規避方法，其特征在于，所述橢球體上任意點與障礙物表面之間的最小距離min(Δr)通過二次規劃為：

min(Δr)＝min(Ax+y)^T(Ax+y)

其中，矩陣向量y＝u-s₀，向量x＝[x₁ x₂]^T，且0x₁1，b＜＜x₂＜＜a。

3.根據權利要求2所述的無人機針對桿型障礙物的規避方法，其特征在于，對矩陣A正交分解后得到min(Δr)＝min(Rx+Q^Ty)^T(Rx+Q^Ty)。

4.根據權利要求1所述的無人機針對桿型障礙物的規避方法，其特征在于，所述碰撞緊迫性評估具體為：

當前姿態下最小距離d_min小于等于設定閾值距離d_th，通過避障算法重新規劃路徑；

當前姿態下最小距離d_min小于碰撞危險距離d_haz，通過反向飛行避免碰撞。

5.根據權利要求1所述的無人機針對桿型障礙物的規避方法，其特征在于，所述探測設備包括毫米波雷達和超聲波傳感器，用于障礙物識別與感知。

6.根據權利要求1所述的無人機針對桿型障礙物的規避方法，其特征在于，根據桿型障礙物的輪廓確定桿型障礙物兩端的位置和回轉半徑ρ，具體為：

所述桿型障礙物的輪廓為每一時刻探測設備測得的散點數據組成，所述散點數據包括無人機與桿型障礙物的相對距離和無人機與桿型障礙物的相對角度；根據所述桿型障礙物的輪廓的曲線弧長和弧度求解出該障礙物的回轉半徑ρ，根據探測設備測得的桿型障礙物高度，確定障礙物軸向兩端點的空間位置。