[發(fā)明專利]一種用于飛行器空間全向避障方法及系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110371121.7
• 申請(qǐng)日: 2021-04-07
• 公開（公告）號(hào): CN113093806B
• 公開（公告）日: 2022-06-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 趙薈文;張圣超;何旭東
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 涵渦智航科技（玉溪）有限公司
• 主分類號(hào): G05D1/10
• 分類號(hào): G05D1/10
• 代理公司: 北京精金石知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11470
• 代理人: 尉月麗

本發(fā)明提供了一種用于飛行器空間全向避障方法及系統(tǒng)，屬于無(wú)人機(jī)飛行控制領(lǐng)域。所述的飛行器機(jī)身上安裝有三組攝像頭，第一組攝像頭安裝在機(jī)頭上方的位置和機(jī)尾上方的位置；第二組攝像頭安裝在機(jī)身底部，與機(jī)身上方的攝像頭安裝位置完全對(duì)稱；第三組攝像頭安裝在機(jī)頭正前方，本發(fā)明提供的飛行器空間全向避障方法及系統(tǒng)不僅能通過(guò)使用低成本的攝像頭實(shí)現(xiàn)飛行器對(duì)三維空間360度的障礙物識(shí)別，同時(shí)還能將障礙物信息反饋給飛行控制與導(dǎo)航系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)飛行器在三維空間里的前、后、左、右、上、下六個(gè)方向的飛行路徑規(guī)劃，從而自動(dòng)避讓開周圍的障礙物進(jìn)行安全的飛行。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于無(wú)人機(jī)飛行控制領(lǐng)域，尤其涉及用于飛行器空間全向避障方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)

近幾年，對(duì)無(wú)人機(jī)自動(dòng)感知與控制提出了越來(lái)越高的要求，尤其是主動(dòng)避障方面，使無(wú)人機(jī)能在復(fù)雜環(huán)境中自主安全的飛行，而不會(huì)發(fā)生碰撞及炸機(jī)情況。目前有少數(shù)無(wú)人機(jī)企業(yè)將毫米波雷達(dá)、超聲波雷達(dá)、光流、紅外等傳感器安裝在無(wú)人機(jī)上，進(jìn)行避障應(yīng)用，但是上述方案存在檢測(cè)距離和范圍受限、精度不高等缺點(diǎn)，進(jìn)而容易引發(fā)漏檢和誤檢等意外情況，因此涉及到航空科技研發(fā)的企業(yè)還需要在飛行器的避障方面不斷的進(jìn)行創(chuàng)新和研究投入，作為飛行器無(wú)論是民用還是軍用方面，怎樣安全的飛行一直都是備受大家關(guān)注的問(wèn)題。

目前行業(yè)內(nèi)，在飛行器避障方面采用最多的方案有如下幾種：1、使用傳統(tǒng)的雷達(dá)進(jìn)行障礙物探測(cè)；2、使用激光雷達(dá)進(jìn)行障礙物掃描識(shí)別；3、超聲波傳感器障礙物探測(cè)；4、基于計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)的障礙物檢測(cè)。

采用雷達(dá)進(jìn)行避障的方案不僅設(shè)備價(jià)格昂貴，而且很難實(shí)現(xiàn)空間全向的障礙物檢測(cè)，很難適用于在低空空域飛行的中小型飛行器(包括有人駕駛和無(wú)人駕駛)。利用超聲波傳感器進(jìn)行障礙物探測(cè)的方案局限很大，受限于超聲波的傳輸距離和傳輸方式，也很難實(shí)現(xiàn)大范圍和長(zhǎng)距離的障礙物識(shí)別。而基于計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)的障礙物檢測(cè)它不僅成本低，而且對(duì)障礙物的識(shí)別距離遠(yuǎn)，范圍廣，因此很多機(jī)構(gòu)都在對(duì)其進(jìn)行深入的研究。

中國(guó)專利申請(qǐng)201711005265.0中公開了一種基于雙目視覺(jué)的無(wú)人機(jī)實(shí)時(shí)避障方法，包括1)、通過(guò)雙目相機(jī)采集視差圖，并進(jìn)行三維重構(gòu)，計(jì)算深度；2)、增加閾值，只識(shí)別小于避障半徑Zmax范圍內(nèi)的障礙；3)、遍歷圖像，計(jì)算每個(gè)像素點(diǎn)的障礙情況；4)、計(jì)算每個(gè)小格單元內(nèi)的障礙物填充率：填充率大于50％，存在障礙物；填充率在10％-50％內(nèi)，認(rèn)為未知，存在風(fēng)險(xiǎn)；填充率小于10％，認(rèn)為安全。5)、分析安全區(qū)域的大小和分布情況，進(jìn)而輸出控制無(wú)人機(jī)前后、左右、上下的運(yùn)動(dòng)速度，以及旋轉(zhuǎn)角速率；6)、進(jìn)行雙目視覺(jué)避障的同時(shí)，允許用戶操縱遙控器，產(chǎn)生無(wú)人機(jī)額外的前后、左右、上下的運(yùn)動(dòng)速度v，以及旋轉(zhuǎn)角速率ω，并與飛行控制系統(tǒng)自然穩(wěn)定地融合，從而快速穩(wěn)定地進(jìn)行自主避障。

中國(guó)專利申請(qǐng)201910776823.6中公開了一種基于雙目視覺(jué)和三軸云臺(tái)的無(wú)人機(jī)選擇性避障系統(tǒng)及方法包括以下步驟：開啟八路超聲波和雙目視覺(jué)，并確定無(wú)人機(jī)的飛行方向角；通過(guò)三軸云臺(tái)將雙目攝像頭旋轉(zhuǎn)到飛行方向并打開，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)飛行方向的環(huán)境；獲取深度信息；通過(guò)雙目攝像機(jī)拍攝所得的障礙物圖像與無(wú)人機(jī)姿態(tài)識(shí)別模塊獲取的俯仰角和橫滾角綜合分析出障礙物的方位，障礙物與無(wú)人機(jī)的距離；樹梅派控制板進(jìn)行判斷是否避障；選擇性避障模式；規(guī)劃無(wú)人機(jī)四周環(huán)境和八路超聲波避障；本發(fā)明所提方法不僅大大地降低成本，更可360°無(wú)死角觀測(cè)四周環(huán)境并且減輕無(wú)人機(jī)自主飛行時(shí)的負(fù)荷；三軸云臺(tái)的使用去除了無(wú)人機(jī)飛行時(shí)俯仰角和橫滾角對(duì)像素飛行安全框的偏移，確保飛行安全性。

但是就目前行業(yè)里將普通攝像頭應(yīng)用到飛行器避障的方案還很有限，絕大多數(shù)都只考慮到前向或者某兩個(gè)方向的障礙物識(shí)別，這樣對(duì)于一些中小型飛行器在多障礙物的復(fù)雜環(huán)境里或者建筑物內(nèi)飛行來(lái)說(shuō)，是不夠安全的。

發(fā)明內(nèi)容

基于現(xiàn)有技術(shù)中的不足，本發(fā)明提供了一種用于飛行器空間全向避障的方法和系統(tǒng)，它不僅能通過(guò)使用低成本的攝像頭實(shí)現(xiàn)飛行器對(duì)三維空間360度的障礙物識(shí)別，同時(shí)還能將障礙物信息反饋給飛行控制與導(dǎo)航系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)飛行器在三維空間里的前、后、左、右、上、下六個(gè)方向的飛行路徑規(guī)劃，從而自動(dòng)避讓開周圍的障礙物進(jìn)行安全的飛行。