無人機的飛行路徑規(guī)劃方法及無人的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種無人機的飛行路徑規(guī)劃方法及無人機，其中方法包括以下步驟：獲取無人機飛行環(huán)境的深度信息，并根據(jù)深度信息生成飛行環(huán)境的二維柵格地圖，飛行環(huán)境包括障礙物；根據(jù)二維柵格地圖中每個柵格和障礙物的位置構(gòu)建每個柵格與對應(yīng)障礙物的勢函數(shù)；根據(jù)無人機的位置和勢函數(shù)獲得二維柵格地圖中柵格的加權(quán)圖；根據(jù)加權(quán)圖確定飛行路徑。根據(jù)本發(fā)明實施例的方法，通過二維柵格地圖構(gòu)建勢函數(shù)，并通過由勢函數(shù)得到的加權(quán)圖確定飛行路徑，提高了計算效率，同時具有良好的擴展性。
【專利說明】無人機的飛行路徑規(guī)劃方法及無人機
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及自主導航【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種無人機的飛行路徑規(guī)劃方法及無人機。
【背景技術(shù)】
[0002]無人機具有費效比低、零傷亡和部署靈活等優(yōu)點，通過配備傳感器感知飛行環(huán)境以設(shè)計路徑，同時還具備環(huán)境信息收集、建模，特定目標任務(wù)的規(guī)劃、分解和執(zhí)行能力。小型無人機因其體積小、控制靈活、可以做多種特殊動作，在軍事和民用領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。尤其在搶險救災(zāi)，基礎(chǔ)設(shè)施如石油管道、礦井等狹窄區(qū)域的探測等方面，小型無人機有著廣闊的應(yīng)用和發(fā)展前景。
[0003]現(xiàn)有的路徑規(guī)劃算法，基于機載傳感器感知飛行環(huán)境的紋理和深度信息，重建飛行環(huán)境的同時在規(guī)劃層計算出無人機的飛行路線，適用于較為寬敞的應(yīng)用場景。對環(huán)境建模的精確度和路徑規(guī)劃的精細度要求不是很高，無法適用于小型無人機在狹窄室內(nèi)環(huán)境下的飛行路徑規(guī)劃。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的旨在至少解決上述的技術(shù)缺陷之一。
[0005]為此，本發(fā)明一方面提供一種無人機的飛行路徑規(guī)劃方法。
[0006]本發(fā)明的另一方面提出一種無人機。
[0007]有鑒于此，本發(fā)明一方面的實施例提出一種無人機的飛行路徑規(guī)劃方法，包括以下步驟:柵格地圖生成步驟，獲取無人機飛行環(huán)境的深度信息，并根據(jù)所述深度信息生成所述飛行環(huán)境的二維柵格地圖，所述飛行環(huán)境包括障礙物；勢函數(shù)構(gòu)建步驟，根據(jù)所述二維柵格地圖中每個柵格和所述障礙物的位置構(gòu)建每個柵格與對應(yīng)障礙物的勢函數(shù)；加權(quán)圖生成步驟，根據(jù)所述無人機的位置和所述勢函數(shù)獲得所述二維柵格地圖中柵格的加權(quán)圖；以及飛行路徑確定步驟，根據(jù)所述加權(quán)圖確定飛行路徑。
[0008]根據(jù)本發(fā)明實施例的方法，通過二維柵格地圖構(gòu)建勢函數(shù)，并通過由勢函數(shù)得到的加權(quán)圖確定飛行路徑，提高了計算效率，同時具有良好的擴展性。
[0009]在本發(fā)明的一個實施例中，所述深度信息為距離。
[0010]在本發(fā)明的一個實施例中，所述加權(quán)圖生成步驟具體包括:分別計算所述無人機移動到所述二維柵格地圖中多個柵格的權(quán)值；根據(jù)所述無人機的位置、所述多個柵格的權(quán)值和所述勢函數(shù)獲得所述二維柵格地圖中柵格的加權(quán)圖。
[0011]在本發(fā)明的一個實施例中，所述飛行路徑確定步驟具體為，根據(jù)所述加權(quán)圖中每個柵格的加權(quán)值采用SPFA算法確定所述無人機的飛行路徑。
[0012]在本發(fā)明的一個實施例中，還包括:路徑點確定步驟，根據(jù)所述無人機的飛行速度和安全距離得到下一個飛行點。
[0013]在本發(fā)明的一個實施例中，在所述二維柵格地圖中通過不同的數(shù)值表示該柵格是否為障礙物。
[0014]在本發(fā)明的一個實施例中，所述每個柵格與對應(yīng)障礙物的勢函數(shù)通過如下公式表
示，所述公式為，
【權(quán)利要求】
1.一種無人機的飛行路徑規(guī)劃方法，其特征在于，包括以下步驟: 柵格地圖生成步驟，獲取無人機飛行環(huán)境的深度信息，并根據(jù)所述深度信息生成所述飛行環(huán)境的二維柵格地圖，所述飛行環(huán)境包括障礙物； 勢函數(shù)構(gòu)建步驟，根據(jù)所述二維柵格地圖中每個柵格和所述障礙物的位置構(gòu)建每個柵格與對應(yīng)障礙物的勢函數(shù)； 加權(quán)圖生成步驟，根據(jù)所述無人機的位置和所述勢函數(shù)獲得所述二維柵格地圖中柵格的加權(quán)圖；以及 飛行路徑確定步驟，根據(jù)所述加權(quán)圖確定飛行路徑。
2.如權(quán)利要求1所述的無人機的飛行路徑規(guī)劃方法，其特征在于，所述深度信息為距離。
3.如權(quán)利要求1所述的無人機的飛行路徑規(guī)劃方法，其特征在于，所述加權(quán)圖生成步驟具體包括: 分別計算所述無人機移動到所述二維柵格地圖中多個柵格的權(quán)值； 根據(jù)所述無人機的位置、所述多個柵格的權(quán)值和所述勢函數(shù)獲得所述二維柵格地圖中柵格的加權(quán)圖。
4.如權(quán)利要求1所述的無人機的飛行路徑規(guī)劃方法，其特征在于，所述飛行路徑確定步驟具體為， 根據(jù)所述加權(quán)圖中每個柵 格的加權(quán)值采用SPFA算法確定所述無人機的飛行路徑。
5.如權(quán)利要求1所述的無人機的飛行路徑規(guī)劃方法，其特征在于，還包括: 路徑點確定步驟，根據(jù)所述無人機的飛行速度和安全距離得到下一個飛行點。
6.如權(quán)利要求1所述的無人機的飛行路徑規(guī)劃方法，其特征在于，在所述二維柵格地圖中通過不同的數(shù)值表示該柵格是否為障礙物。
7.如權(quán)利要求1所述的無人機的飛行路徑規(guī)劃方法，其特征在于，所述每個柵格與對應(yīng)障礙物的勢函數(shù)通過如下公式表示，所述公式為，
8.如權(quán)利要求3所述的無人機的飛行路徑規(guī)劃方法，其特征在于，所述權(quán)值通過如下公式獲得，所述公式為，Q)i = ^id0I + Κ2φ{(diào)Χ\, yi)， 其中，C01為從當前位置Ptl (Xtl, Y0)點移動到P1 (X1, Y1)點的權(quán)值，K1和K2分別為加權(quán)常數(shù)，d01為當前位置Ptl到P1的距離，爐Oi,yi)為柵格(X1, Y1)的勢函數(shù)。
9.一種無人機，其特征在于，包括: 柵格地圖生成模塊，用于獲取無人機飛行環(huán)境的深度信息，并根據(jù)所述深度信息生成所述飛行環(huán)境的二維柵格地圖，所述飛行環(huán)境包括障礙物； 勢函數(shù)構(gòu)建模塊，根據(jù)所述二維柵格地圖中每個柵格和所述障礙物的位置構(gòu)建每個柵格與對應(yīng)障礙物的勢函數(shù)；加權(quán)圖生成模塊，根據(jù)所述無人機的位置和所述勢函數(shù)獲得所述二維柵格地圖中柵格的加權(quán)圖；以及 飛行路徑確定模塊，用于根據(jù)所述加權(quán)圖中每個柵格的加權(quán)值進行SPFA算法的選取以確定所述無人機的飛行路徑。
10.如權(quán)利要求9所述的無人機，其特征在于，所述每個柵格與對應(yīng)障礙物的勢函數(shù)通過如下公式表示，所述公式為，


【文檔編號】G05D1/10GK103809597SQ201410055181
【公開日】2014年5月21日 申請日期:2014年2月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月18日
【發(fā)明者】戴瓊海, 李一鵬, 施澤南 申請人:清華大學