[發(fā)明專利]一種無人機(jī)的多機(jī)協(xié)同高精度建圖定位系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010930513.8
• 申請日: 2020-09-07
• 公開（公告）號: CN112000130B
• 公開（公告）日: 2023-04-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 孫光輝;付金宇;李曉磊;劉越
• 申請（專利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: G05D1/10
• 分類號: G05D1/10
• 代理公司: 哈爾濱華夏松花江知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 23213
• 代理人: 楊曉輝

一種無人機(jī)的多機(jī)協(xié)同高精度建圖定位系統(tǒng)，屬于無人機(jī)集群控制策略規(guī)劃的算法領(lǐng)域，具體涉及無人機(jī)多機(jī)協(xié)同建圖定位系統(tǒng)。解決了現(xiàn)有的建圖過程中，無法立體、快速的實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)環(huán)境的建圖的問題。本發(fā)明的通信系統(tǒng)包括通信基站，通過無線基站建立無線局域網(wǎng)，所述無線局域網(wǎng)覆蓋目標(biāo)區(qū)域；無人機(jī)環(huán)境感知系統(tǒng)采用點(diǎn)云掃描的方式獲取目標(biāo)區(qū)域點(diǎn)云數(shù)據(jù)、無人機(jī)高度數(shù)據(jù)和無人機(jī)定位數(shù)據(jù)；控制系統(tǒng)用于根據(jù)不同時(shí)刻多無人機(jī)的位置，對每架無人機(jī)的飛行速度、角度及位姿進(jìn)行控制；無人機(jī)協(xié)同建圖控制系統(tǒng)根據(jù)目標(biāo)區(qū)域?qū)o人機(jī)的飛行路線進(jìn)行規(guī)劃，建立坐標(biāo)系，對多無人機(jī)掃描的點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行融合獲取目標(biāo)區(qū)域的三維圖像。本發(fā)明適用于未知區(qū)域建圖使用。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于無人機(jī)集群控制策略規(guī)劃的算法領(lǐng)域，具體涉及無人機(jī)多機(jī)協(xié)同建圖定位系統(tǒng)。

背景技術(shù)

無人機(jī)(UnmannedAerial?Vehicle，UAV)作為一種新型技術(shù)，因其靈活機(jī)動(dòng)、成本低、受地面地形約束小的特點(diǎn)，可以在多種場景中發(fā)揮重要作用，尤其在三維點(diǎn)云建圖受環(huán)境影響較小。為了在復(fù)雜三維場景環(huán)境下快速實(shí)現(xiàn)高精度建圖，多無人機(jī)的協(xié)同控制、高精度建圖仍然是一個(gè)難點(diǎn)。對于無人機(jī)多機(jī)協(xié)同，在特定區(qū)域內(nèi)的協(xié)同建圖、任務(wù)分配及路徑規(guī)劃問題上總體協(xié)調(diào)還很難解決，從而無法快速的實(shí)現(xiàn)無人機(jī)資源的最優(yōu)化分配。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明是為了解決現(xiàn)有的建圖定位過程(simultaneous?localization?andmapping,SLAM)中，無法快速的實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)環(huán)境的建圖的問題，提出了一種無人機(jī)的多機(jī)協(xié)同高精度建圖定位系統(tǒng)。

本發(fā)明所述的一種無人機(jī)的多機(jī)協(xié)同高精度建圖定位系統(tǒng)，包括無人機(jī)環(huán)境感知系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、無人機(jī)協(xié)同建圖控制系統(tǒng)和通信系統(tǒng)；

通信系統(tǒng)包括通信基站，通過無線基站建立無線局域網(wǎng)，所述無線局域網(wǎng)覆蓋目標(biāo)區(qū)域；

無人機(jī)環(huán)境感知系統(tǒng)采用點(diǎn)云掃描的方式獲取目標(biāo)區(qū)域點(diǎn)云數(shù)據(jù)、無人機(jī)高度數(shù)據(jù)和無人機(jī)定位數(shù)據(jù)；

控制系統(tǒng)用于根據(jù)不同時(shí)刻多無人機(jī)的位置，對每架無人機(jī)的飛行速度、角度及位姿進(jìn)行控制；

無人機(jī)協(xié)同建圖控制系統(tǒng)用于根據(jù)目標(biāo)區(qū)域?qū)γ考軣o人機(jī)的飛行路線進(jìn)行規(guī)劃，并建立坐標(biāo)系，對多無人機(jī)掃描的點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行融合獲取目標(biāo)區(qū)域的三維點(diǎn)云地圖信息。

進(jìn)一步地，本發(fā)明中，無人機(jī)環(huán)境感知系統(tǒng)包括多個(gè)子單元，每個(gè)子單元設(shè)置在一架無人機(jī)上，每個(gè)子單元均包括點(diǎn)云激光雷達(dá)傳感器模塊、陀螺儀傳感器、高度測量模塊、高精度定位模塊；

點(diǎn)云激光雷達(dá)傳感器模塊用于對目標(biāo)區(qū)域進(jìn)行點(diǎn)云數(shù)據(jù)采集；

陀螺儀傳感器用于對無人機(jī)姿態(tài)進(jìn)行采集；

高度測量模塊用于實(shí)時(shí)測量無人機(jī)的高度；

高精度定位模塊用于實(shí)時(shí)對無人機(jī)進(jìn)行定位。

進(jìn)一步地，本發(fā)明中，控制系統(tǒng)包括無人機(jī)中央控制模塊、無人機(jī)飛行控制模塊和無線通信模塊；

無線通信模塊利用無線網(wǎng)絡(luò)與無人機(jī)協(xié)同建圖控制系統(tǒng)進(jìn)行無線通信；

將測量無人機(jī)的高度數(shù)據(jù)、無人機(jī)定位狀態(tài)和點(diǎn)云數(shù)據(jù)傳輸至無人機(jī)協(xié)同建圖控制系統(tǒng)；

還將多無人機(jī)的編隊(duì)、避障和巡航控制信號發(fā)送至無人機(jī)飛行控制模塊；

無人機(jī)中央控制模塊用于將采集的點(diǎn)云數(shù)據(jù)傳輸至無線通信模塊；

無人機(jī)飛行控制模塊用于根據(jù)無人機(jī)的高度信息、定位信息、無人機(jī)的編隊(duì)、避障和巡航控制信號對無人機(jī)進(jìn)行導(dǎo)航，同時(shí)根據(jù)陀螺儀傳感器采集信息對無人機(jī)的位姿進(jìn)行調(diào)整；

無人機(jī)飛行控制模塊還用于根據(jù)無人機(jī)的位置和高度實(shí)時(shí)對無人機(jī)的飛行速度和飛行狀態(tài)進(jìn)行控制。