[發(fā)明專利]一種無人機(jī)在室內(nèi)煤場(chǎng)飛行的避障方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011500121.4
• 申請(qǐng)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(rùn)杰;顧曉松;劉立杰;陸雪良;沈曉波;王祥來;解炯;黃誠
• 申請(qǐng)（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

本發(fā)明公開了一種無人機(jī)在室內(nèi)煤場(chǎng)飛行的避障方法，包括如下步驟：在無人機(jī)上攜載激光測(cè)距儀、慣性導(dǎo)航器件與視覺攝像頭；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(cè)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；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(duì)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(cè)，且預(yù)測(cè)結(jié)果包括繼續(xù)沿規(guī)劃路線飛行以及動(dòng)態(tài)避障。本發(fā)明的避障方法能讓無人機(jī)跳出局部最優(yōu)值，方法結(jié)構(gòu)完備，能夠適用于多障礙物的復(fù)雜場(chǎng)景。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及火電廠煤場(chǎng)盤點(diǎn)領(lǐng)域，具體為一種無人機(jī)在室內(nèi)煤場(chǎng)飛行的避障方法。

背景技術(shù)

火電廠封閉煤棚存煤量盤點(diǎn)是火力發(fā)電企業(yè)不可缺少的一個(gè)環(huán)節(jié)，目前盤煤主要分為人工盤煤和激光盤煤。

人工盤煤的主要原理是：首先將堆積的煤炭通過斗輪機(jī)堆取料機(jī)(用來堆取煤炭的載體)進(jìn)行整形，一般將其整成比較規(guī)則的梯形或者矩形。再通過人工采用皮尺進(jìn)行丈量，根據(jù)計(jì)算得其體積，再根據(jù)密度得出重量。

激光自動(dòng)盤煤儀主要原理是：利用高精度的激光掃描儀對(duì)料場(chǎng)表面進(jìn)行采集。通過計(jì)算機(jī)處理料堆輪廓數(shù)據(jù)，重建出料場(chǎng)的3D圖形，計(jì)算出料堆的體積等信息。結(jié)合設(shè)定的密度，將得到堆料的重量。傳統(tǒng)的盤煤方式比較落后，雖然使用了激光盤煤儀，但是激光盤煤儀容易受到人為因素的干擾同時(shí)有掃描死角等原因造成盤煤數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確，同時(shí)工作環(huán)境惡劣，工作量大容易造成工作人員測(cè)量馬虎。且一旦工作環(huán)境變成室內(nèi)半封閉環(huán)境，激光掃描儀容易受粉塵的折射干擾。

目前常用的局部避障方法有虛擬力場(chǎng)法，遺傳算法，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和模糊邏輯等算法等，由于虛擬力場(chǎng)法相比于其它人工智能類方法具有計(jì)算量低，算法運(yùn)行簡(jiǎn)單，對(duì)于無人機(jī)搭載的微型計(jì)算機(jī)樹莓派來說，虛擬力場(chǎng)法可行性高，且虛擬力場(chǎng)法能結(jié)合人工勢(shì)場(chǎng)法，節(jié)省運(yùn)算時(shí)間。虛擬力場(chǎng)法運(yùn)用人工勢(shì)場(chǎng)法，同時(shí)依據(jù)確定柵格法構(gòu)建環(huán)境地圖，在構(gòu)建柵格的時(shí)候是以全局環(huán)境為范圍構(gòu)建，劃分方式單一，固定。因此在針對(duì)室內(nèi)煤場(chǎng)環(huán)境的飛行中，有兩大缺點(diǎn)：

1.室內(nèi)煤場(chǎng)一般較大，無人機(jī)需要消耗大量資源存儲(chǔ)飛行環(huán)境中障礙物的分布情況，對(duì)微型處理器樹莓派的要求較高，且影響算法處理速度，不利于無人機(jī)的實(shí)時(shí)避障。

2.無人機(jī)根據(jù)激光測(cè)距儀和視覺攝像頭對(duì)環(huán)境地圖各柵格賦值，然后根據(jù)各柵格信息計(jì)算無人機(jī)的合力，但是靜態(tài)柵格賦值的方式未充分考慮動(dòng)態(tài)障礙物對(duì)柵格確信度的動(dòng)態(tài)影響，從而可能導(dǎo)致避障路徑產(chǎn)生震蕩。

在公開號(hào)為CN104279955A的發(fā)明專利“一種基于四軸飛行器的火電廠盤煤測(cè)算方法”中，該發(fā)明只適用于露天開放式的煤場(chǎng)，需要依靠衛(wèi)星定位信號(hào)(GPS)等導(dǎo)航系統(tǒng)飛行，但對(duì)于半封閉空間的室內(nèi)煤場(chǎng)接收不到衛(wèi)星定位信號(hào)。

在公開號(hào)為CN105629985A的發(fā)明專利“室內(nèi)四旋翼無人機(jī)360°三維避障系統(tǒng)”，其采用了機(jī)械裝置防撞和較為簡(jiǎn)單的模糊控制規(guī)則(檢測(cè)到障礙物左右轉(zhuǎn)向)作為避障策略，不適用于復(fù)雜場(chǎng)景。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種無人機(jī)在室內(nèi)煤場(chǎng)飛行的避障方法，以解決上述背景技術(shù)中提出的問題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：一種無人機(jī)在室內(nèi)煤場(chǎng)飛行的避障方法，包括如下步驟：

S1：在無人機(jī)上攜載激光測(cè)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(cè)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(duì)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(cè)，且預(yù)測(cè)結(jié)果包括繼續(xù)沿規(guī)劃路線飛行以及動(dòng)態(tài)避障。