[發明專利]基于機器視覺多旋翼無人機懸停飛行與循跡規劃方法

有效

• 申請號: 202110049327.8
• 申請日: 2021-01-14
• 公開（公告）號: CN112859896B
• 公開（公告）日: 2023-03-28
• 發明（設計）人: 李杰;郭威;李萍;宗艷桃;楊建昌
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍陸軍裝甲兵學院
• 主分類號: G05D1/08
• 分類號: G05D1/08;G05D1/10
• 代理公司: 石家莊知住優創知識產權代理事務所(普通合伙) 13131
• 代理人: 林艷艷

1.一種基于機器視覺多旋翼無人機懸停飛行與循跡規劃方法，其特征在于：該方法包括了以下步驟：

步驟一、開啟定位跟蹤機載處理器，利用GPS導航系統，引導多旋翼無人機飛行至懸停標識位置附近，多旋翼無人機在達到任務地點之后切換為“自動懸停”模式，在多旋翼無人機接近任務地點區域時，通過多旋翼無人機的下視相機圖像中觀察的位置為標準；

步驟二、開啟視覺位姿檢測模式，通過定位算法處理器可以得到多旋翼無人機的位置和姿態，通過三軸陀螺儀和三軸加速度計，三軸陀螺儀能夠測量沿一個軸或幾個軸運動的角速度，可與三軸加速度計形成優勢互補，可以更好的跟蹤并捕捉三維空間的完整運動；

步驟三、設定懸停飛行安全區域，多旋翼無人機飛行軌跡規劃始終處于安全區域內部，保證多旋翼無人機飛行過程中的安全性；為預防無人機視覺檢測目標長期丟失，通過三軸加速度計、三軸加速度計和GPS導航系統的配合可以達到讓多旋翼無人機無法飛出安全區域的作用；

步驟四、SLAM算法執行機載處理器通過WIFI局域網將深度傳感器得到的彩色圖片數據、深度數據和由它解算出的姿態信息發送到局域網內的地面站，由地面站使用PCL點云庫實現3D環境重建，使得可以觀察多旋翼無人機的周圍環境；

步驟五、通過距離傳感器的內部設置的超聲波距離傳感器，可以了解多旋翼無人機距離控制人員的距離，使得可以通過多旋翼無人機了解觀察位置距離控制人員的距離；

步驟六、在對多旋翼無人機完成控制后，按照定位算法處理器和定位跟蹤機載處理器的規劃的路線進行返回，通過圖像處理模塊對巡航的路線進行記錄并保存，該方法中設置有多旋翼無人機，所述多旋翼無人機內部設置有下視相機、定位算法處理器、定位跟蹤機載處理器、深度傳感器、SLAM算法執行機載處理器和圖像處理模塊，所述定位跟蹤機載處理器包括三軸加速度計、三軸陀螺儀、三軸磁力計和氣壓計微傳感器，所述定位算法處理器由視覺里程計、自主定位導航和建圖部分組成，首先，運用SLAM算法執行機載處理器利用視覺里程計僅通過深度傳感器獲取的信息，采用基于特征點的解算方法，計算相鄰兩幅圖像之間的相對運動，特征點法是通過提取圖片中辨識度高的局部特征點，然后依據特征點的描述子來匹配相鄰兩幅圖片中相同的特征點，再由特征點的深度信息解算出相對位移，所述三軸加速度計、三軸陀螺儀、三軸磁力計和氣壓計微傳感器具有得到的姿態信息的功能，完成自主無人機閉環定位飛行控制，SLAM算法執行機載處理器通過WIFI局域網將深度傳感器得到的彩色圖片數據、深度數據和由它解算出的姿態信息發送到局域網內的地面站，由地面站使用PCL點云庫實現3D環境重建。

2.根據權利要求1所述的基于機器視覺多旋翼無人機懸停飛行與循跡規劃方法，其特征在于：所述深度傳感器的內部設置有距離傳感器，在距離傳感器的內部設置有超聲波距離傳感器。

3.根據權利要求1所述的基于機器視覺多旋翼無人機懸停飛行與循跡規劃方法，其特征在于：所述深度傳感器包括彩色攝像頭和深度攝像頭，深度攝像頭支持640*480分辨率的成像，水平成像角度為57°，垂直成像角度為43°，深度值有效范圍0.8-6.0m，偏差2-30mm，拍攝幀率為30fps。

4.根據權利要求1所述的基于機器視覺多旋翼無人機懸停飛行與循跡規劃方法，其特征在于：所述定位跟蹤機載處理器的內部安裝有氣壓計。