[發(fā)明專利]一種無(wú)人機(jī)針對(duì)桿型障礙物的規(guī)避方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010631248.3
• 申請(qǐng)日: 2020-07-03
• 公開（公告）號(hào): CN111781949B
• 公開（公告）日: 2022-11-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 邱白晶;吳儀;曹智
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 江蘇大學(xué)
• 主分類號(hào): G05D1/10
• 分類號(hào): G05D1/10
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

本發(fā)明提供了一種無(wú)人機(jī)針對(duì)桿型障礙物的規(guī)避方法，包括如下方法：通過(guò)無(wú)人機(jī)上的探測(cè)設(shè)備對(duì)飛行路徑上的周邊環(huán)境進(jìn)行感知和識(shí)別，所述探測(cè)設(shè)備實(shí)時(shí)輸出的探測(cè)數(shù)據(jù)；所述無(wú)人機(jī)根據(jù)探測(cè)數(shù)據(jù)獲取桿型障礙物的相對(duì)位置信息，所述相對(duì)位置信息包括無(wú)人機(jī)與桿型障礙物的相對(duì)距離和無(wú)人機(jī)與桿型障礙物的相對(duì)角度；所述無(wú)人機(jī)根據(jù)無(wú)人機(jī)與桿型障礙物的相對(duì)距離和無(wú)人機(jī)與桿型障礙物的相對(duì)角度確定桿型障礙物的輪廓；所述無(wú)人機(jī)根據(jù)桿型障礙物的輪廓計(jì)算出當(dāng)前姿態(tài)下最小距離；根據(jù)計(jì)算出當(dāng)前姿態(tài)下最小距離，無(wú)人機(jī)進(jìn)行碰撞緊迫性評(píng)估，確定是否調(diào)整飛行的軌跡路線。本發(fā)明一方面在一定數(shù)值精度基礎(chǔ)上極大簡(jiǎn)化了算法的計(jì)算復(fù)雜度，減少了執(zhí)行時(shí)間。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及無(wú)人機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種無(wú)人機(jī)針對(duì)桿型障礙物的規(guī)避方法。

背景技術(shù)

在實(shí)際作業(yè)過(guò)程中，無(wú)人機(jī)與障礙物之間的相對(duì)距離隨時(shí)間變化，尤其是對(duì)地面上的靜態(tài)障礙物而言。盡管田間的靜態(tài)障礙物類型多種多樣，但依舊可以按照障礙物的實(shí)際尺寸大小進(jìn)行分類：微型障礙如架于高空的電纜線、樹木的枝干枝丫等；小中型障礙如矗立的電線桿和分散栽培的田間樹木等；大型障礙：房屋、高壓電塔等。考慮到不同地區(qū)在地形地勢(shì)、作物栽培條件跟當(dāng)?shù)靥镩g種植管理政策上的差異，很多區(qū)域田間存在大面積的樹木、高壓電塔以及房屋的概率是很小的，而植保無(wú)人機(jī)一般選取低空作業(yè)，即3～5m的飛行高度，故有可能產(chǎn)生威脅的高空電纜線也涵蓋在內(nèi)。而經(jīng)過(guò)實(shí)地勘察，電線桿作為生產(chǎn)生活的基礎(chǔ)設(shè)施，在田間或周圍均是普遍存在的。

隨著作業(yè)進(jìn)程的推進(jìn)，噴霧機(jī)組不斷縮小與田間障礙物之間的距離也意味著兩者之間接近程度的不斷加深。如果障礙物與無(wú)人機(jī)之間的距離太近，那么無(wú)人機(jī)高速旋轉(zhuǎn)的槳葉形成的槳葉氣流接觸到障礙物壁面會(huì)形成反射流，會(huì)對(duì)槳葉氣流的分布造成干擾，從而影響無(wú)人機(jī)飛行性能，加之電子設(shè)備之間各自噪聲干擾甚至?xí)?dǎo)致機(jī)體撞擊障礙物或其他安全事故的發(fā)生。然而，如果該距離太遠(yuǎn)，即無(wú)人機(jī)在不具任何因素提示的情況下提前極早進(jìn)行避讓動(dòng)作，結(jié)果是避障順利但會(huì)造成鄰行作物重噴及障礙物周邊作物漏噴現(xiàn)象，進(jìn)而導(dǎo)致作物作業(yè)效率與生物防治效果得不到有效保證。因此，準(zhǔn)確測(cè)定植保無(wú)人機(jī)與田間障礙物之間的最小安全距離是制約航空植保噴霧行業(yè)長(zhǎng)期發(fā)展的關(guān)鍵因素。事實(shí)上，無(wú)人機(jī)的最小距離測(cè)量是一項(xiàng)集動(dòng)力學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)、流體力學(xué)等多門學(xué)科耦合的挑戰(zhàn)性工作。這項(xiàng)工作不僅可以保證設(shè)備、無(wú)人機(jī)以及作物的安全，還能對(duì)后續(xù)噴霧作業(yè)實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)效果所需要的各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)提供指導(dǎo)作用。

為了提高無(wú)人機(jī)避障的機(jī)動(dòng)性，滿足在各種工作條件下的工作需要，提高無(wú)人機(jī)避障作業(yè)的安全性和可靠性，精準(zhǔn)確定無(wú)人機(jī)與障礙物之間的最小距離很重要。因此，對(duì)無(wú)人機(jī)與障礙物之間的最小距離進(jìn)行量化是有必要的。一些研究人員在對(duì)一些自主駕駛類機(jī)具進(jìn)行的開發(fā)試驗(yàn)中借助障礙物的探測(cè)與識(shí)別技術(shù)來(lái)判斷和衡量最小距離，并取得了階段性的研究成果。Berker M et al.和Bouabdallah在Design and control of quadrotorswith application to autonomous flying文章中使用多個(gè)超聲波傳感器用作障礙物檢測(cè)，但超聲波覆蓋范圍有限，且無(wú)法很好的執(zhí)行距離控制。Scherer S et al.Flying fastand low among obstacles:Methodology and experiments屬于首批將激光掃描儀投入障礙物探測(cè)的部門。但激光掃描儀采集的數(shù)據(jù)為離散信息，對(duì)于二維激光掃描儀特性之一，會(huì)隨時(shí)間發(fā)生數(shù)據(jù)漂移對(duì)掃描數(shù)據(jù)的精確性產(chǎn)生很大影響，在農(nóng)業(yè)無(wú)人機(jī)領(lǐng)域較少見。

事實(shí)上，毫米波雷達(dá)具有穿透能力強(qiáng)、可探測(cè)距離遠(yuǎn)的優(yōu)點(diǎn)，其依靠微波波段工作有效避開了環(huán)境干擾的巨大影響，但它只能描述場(chǎng)中障礙物的平行距離，無(wú)法給出輪廓角度等進(jìn)一步的信息，相反，超聲波傳感器探測(cè)范圍有限且和其他很多傳感器一樣由于工作機(jī)理等各種因素常會(huì)受到環(huán)境因素和監(jiān)測(cè)盲區(qū)的限制。

發(fā)明內(nèi)容