[發(fā)明專利]一種無人機(jī)在室內(nèi)煤場飛行的避障方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011500121.4
• 申請日: 2020-12-18
• 公開（公告）號(hào): CN112783194A
• 公開（公告）日: 2021-05-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 郭興福;沈潤杰;顧曉松;劉立杰;陸雪良;沈曉波;王祥來;解炯;黃誠
• 申請（專利權(quán)）人: 上海電力股份有限公司吳涇熱電廠;上海杰嶼智能科技有限公司;蘇州同港無人機(jī)研究院有限公司
• 主分類號(hào): G05D1/10
• 分類號(hào): G05D1/10
• 代理公司: 北京化育知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11833
• 代理人: 涂琪順

1.一種無人機(jī)在室內(nèi)煤場飛行的避障方法，其特征在于，包括如下步驟：

S1：在無人機(jī)上攜載激光測距儀、慣性導(dǎo)航器件與視覺攝像頭；

S2：無人機(jī)飛行過程中，無人機(jī)依據(jù)系統(tǒng)規(guī)劃好的路徑，并基于該路徑通過激光測距儀、視覺攝像頭獲取環(huán)境中動(dòng)態(tài)障礙物的相關(guān)信息；

S3：通過微型計(jì)算機(jī)樹莓派獲取上述相關(guān)信息并基于該信息對無人機(jī)飛行前方與動(dòng)態(tài)障礙物發(fā)生碰撞的可能性進(jìn)行預(yù)測，且預(yù)測結(jié)果包括繼續(xù)沿規(guī)劃路線飛行以及動(dòng)態(tài)避障。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種無人機(jī)在室內(nèi)煤場飛行的避障方法，其特征在于，所述S3中微型計(jì)算機(jī)樹莓派基于相關(guān)信息對無人機(jī)進(jìn)行碰撞預(yù)測的具體過程包括碰撞預(yù)測過程與動(dòng)態(tài)避障過程，且碰撞預(yù)測過程基于人工勢場法，其具體包括：通過設(shè)置遠(yuǎn)距離目標(biāo)的閾值，減小遠(yuǎn)距離目標(biāo)形成的引力，即只有無人機(jī)與目標(biāo)的距離在d_goal范圍之內(nèi)，才會(huì)產(chǎn)生較大的引力，避免距離過大導(dǎo)致引力過大，相應(yīng)的引力場如下公式所示；

即引力場：

相應(yīng)引力為：

且在目標(biāo)點(diǎn)附近有障礙物導(dǎo)致目標(biāo)不可達(dá)時(shí)，通過將目標(biāo)點(diǎn)與無人機(jī)當(dāng)前位置的距離引入，當(dāng)無人機(jī)與目標(biāo)點(diǎn)距離越近，附近障礙物的斥力越小；

相應(yīng)的引力場公式：

相應(yīng)斥力公式：

且在引力與斥力相等時(shí)，陷入局部最優(yōu)解，給引力增加10％，使得無人機(jī)繼續(xù)飛向下一個(gè)目標(biāo)點(diǎn)，讓無人機(jī)跳出局部最優(yōu)值；

上述式中，U_att(q)表示目標(biāo)點(diǎn)的引力場，ξ表示尺度因子，ρ(q，q_goal)表示無人機(jī)當(dāng)前位置與目標(biāo)位置的距離，q是當(dāng)前位置，q_goal是目標(biāo)位置，F(xiàn)_at是目標(biāo)點(diǎn)的引力；U_rep(q)表示障礙物的斥力場，η表示尺度因子，ρ(q，q_obs)表示無人機(jī)當(dāng)前位置與障礙物之間的距離，ρ₀表示每個(gè)障礙物的影響半徑，F(xiàn)_rep為障礙物的斥力。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種無人機(jī)在室內(nèi)煤場飛行的避障方法，其特征在于，所述動(dòng)態(tài)避障過程具體包括：通過構(gòu)建無人機(jī)機(jī)頭正前方的180°扇形區(qū)域，將前方扇區(qū)按30°劃分為6個(gè)子扇區(qū)，且角度定義為機(jī)頭正前方，從左向右旋轉(zhuǎn)依次0°-180°；再根據(jù)無人機(jī)大小和激光測距儀的檢測范圍，從激光發(fā)射原點(diǎn)到整個(gè)前方輻射區(qū)域，以等寬的間距，將輻射區(qū)域劃分為多個(gè)相同圓心的等寬圓環(huán)，即若干個(gè)相同徑向間隔的同心圓環(huán)和角度均等的子扇區(qū)分界線就將扇形區(qū)域分為了若干個(gè)環(huán)形單元格，在初始狀態(tài)時(shí)，對每一個(gè)柵格的一個(gè)確信度值均進(jìn)行賦值，激光測距儀和視覺攝像頭檢測到障礙物后，首先根據(jù)自身與障礙物距離及與激光測距儀正方向的角度確定障礙物在扇區(qū)中的柵格坐標(biāo)，然后對該單元格的確信度值進(jìn)行賦值操作。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種無人機(jī)在室內(nèi)煤場飛行的避障方法，其特征在于，所述S3中可能性進(jìn)行預(yù)測的預(yù)測結(jié)果具體包括：若樹莓派計(jì)算機(jī)計(jì)算的人工勢場在當(dāng)前無人機(jī)位置所形成的合力為引力，則繼續(xù)沿規(guī)劃路線飛行；若樹莓派計(jì)算機(jī)計(jì)算的人工勢場在當(dāng)前無人機(jī)位置所形成的合力為斥力，即無人機(jī)飛行前方可能存在碰撞時(shí)，則觸發(fā)無人機(jī)執(zhí)行動(dòng)態(tài)避障行為，此時(shí)系統(tǒng)通過局部路徑規(guī)劃來實(shí)現(xiàn)無人機(jī)的動(dòng)態(tài)避障，局部路徑規(guī)劃結(jié)合全局路徑規(guī)劃的下一個(gè)目標(biāo)點(diǎn)輸出無人機(jī)的速度和位姿給底層控制系統(tǒng)，并使得無人機(jī)飛往下一個(gè)目標(biāo)點(diǎn)。