[發明專利]應用于煤礦井下智能巡檢無人機的航跡規劃方法及裝置

在審

• 申請號: 202010692437.1
• 申請日: 2020-07-17
• 公開（公告）號: CN112015199A
• 公開（公告）日: 2020-12-01
• 發明（設計）人: 李標;孟慶勇;楊曉輝;吳文臻;戴萬波;張立亞;孟杰;靳軍;王鑫;黃家鑫
• 申請（專利權）人: 煤炭科學技術研究院有限公司
• 主分類號: G05D1/10
• 分類號: G05D1/10;G01C21/20
• 代理公司: 蘇州知途知識產權代理事務所(普通合伙) 32299
• 代理人: 陳瑞瀧

1.一種應用于煤礦井下智能巡檢無人機的航跡規劃方法，其特征在于，包括：

獲取無人機所在的煤礦井下環境的三維點云地圖，并將所述三維點云地圖轉換成八叉樹結構的三維柵格地圖；

探索所述三維柵格地圖，確定無人機在煤礦井下飛行過程中的突發威脅和靜態威脅，在無人機飛行高度滿足H_minHH_max的情況下，采用A^*算法規劃無人機在所述三維柵格地圖的候選路徑，其中，H表示無人機當前的飛行高度，H_min表示設定的最低飛行高度，H_max表示設定的最大飛行高度；

在所述三維柵格地圖中，探索以無人機為中心的設定邊界范圍內的體素，并根據得到的體素信息制作二維初級極坐標坐標直方圖，同時計算各所述體素將插入到二維初級極坐標直方圖中的權重，根據所述權重值的大小建立二維二進制極坐標直方圖；

在二維二進制極坐標直方圖中，從所述候選路徑中選擇可用路徑，并計算所述可用路徑的航跡總代價，選擇所述航跡總代價最小的可用路徑作為無人機的可通行路徑。

2.根據權利要求1所述的應用于煤礦井下智能巡檢無人機的航跡規劃方法，其特征在于，采用A^*算法規劃無人機在所述三維柵格地圖的候選路徑之前，還包括建立的威脅模型的步驟，所述威脅模型包括突發威脅和靜態威脅，所述突發威脅包括移動物體、刮碰，所述的靜態威脅包括巖石、廢墟；

所述建立威脅模型的步驟包括：

建立移動物體威脅模型，即：

其中，P_F(x_n，y_n)為無人機在當前位置坐標(x_n，y_n)處受到的移動物體威脅概率；d_F為無人機與移動物體中心的實際距離；r_F為移動物體的威脅作用半徑；γ為井下惰性氣體比例；

建立刮碰威脅模型，即：

其中，P_B(x_n，y_n)為無人機在當前位置坐標(x_n，y_n)處受到的刮碰威脅概率；d_B為無人機與刮碰中心的實際距離；r_B為刮碰的威脅作用半徑；

將靜態威脅的影響空間等效為圓錐體和長方體。

3.根據權利要求3所述的應用于煤礦井下智能巡檢無人機的航跡規劃方法，其特征在于，還包括無人機飛行高度修正的步驟：

發生突發威脅時，修正無人機的飛行高度，即：

H_x＝ΔH/2+H

其中，H_x為修正后的飛行高度；ΔH為無人機當前航跡點與煤礦巷道頂部高度的差；無人機每個航跡點對應范圍內突發威脅的最大高度為H。

4.根據權利要求1所述的應用于煤礦井下智能巡檢無人機的航跡規劃方法，其特征在于，根據所述權重值的大小建立二維二進制極坐標直方圖的步驟包括：

將插入到二維初級極坐標直方圖中的每個體素的權重值與兩個設定閾值τ_low和τ_high進行比，當所述體素權重值高于τ_high時，二維初級極坐標直方圖中對應的像素點將在二維二進制極坐標直方圖中為1，當所述體素權重值小于τ_low時，對應的像素點將在二維二進制極坐標直方圖中為0；當所述體素權重值位于τ_low和τ_high之間時，則與對應的像素點相鄰的像素點將用于二維二進制極坐標直方圖中。

5.根據權利要求1所述的應用于煤礦井下智能巡檢無人機的航跡規劃方法，其特征在于，在二維二進制直方圖中，從候選路徑中選擇可用路徑的步驟包括：

對所述二維二進制極坐標直方圖進行窗口掃描，如果空隙大于無人機包絡，則判定無人機可通行，對應的候選路徑為可用路徑；

如果只有一條可用路徑，則該可用路徑即為無人機的可通行路徑；

如果有多條可用路徑，計算所述可用路徑的權重，選擇權重最低的可用路徑作為無人機的可通行路徑。