一種基于多傳感器融合的自主避障無(wú)人機(jī)系統(tǒng)及控制方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種基于多傳感器融合的自主避障無(wú)人機(jī)系統(tǒng)及控制方法，環(huán)境信息實(shí)時(shí)檢測(cè)模塊，采用多傳感器融合技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)周?chē)沫h(huán)境進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)并將檢測(cè)到的信息傳輸至障礙物數(shù)據(jù)分析處理模塊；障礙物數(shù)據(jù)分析處理模塊對(duì)接收的周?chē)沫h(huán)境信息進(jìn)行環(huán)境結(jié)構(gòu)感知構(gòu)建確定所處的障礙物；避障決策模塊根據(jù)障礙物數(shù)據(jù)分析處理模塊的輸出結(jié)果確定避障決策，通過(guò)飛控系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)動(dòng)力模塊實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)對(duì)周?chē)系K物的躲避。本發(fā)明在無(wú)人機(jī)的機(jī)體四周分別設(shè)置有雙目機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)三維空間重構(gòu)，同時(shí)配合超聲波裝置與前進(jìn)方向的毫米波雷達(dá)，使避障方法更加全面，具有障礙物檢測(cè)實(shí)時(shí)性高、可視檢測(cè)距離遠(yuǎn)、分別率高的特點(diǎn)。
【專利說(shuō)明】
一種基于多傳感器融合的自主避障無(wú)人機(jī)系統(tǒng)及控制方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)的運(yùn)行檢修領(lǐng)域，具體涉及一種基于多傳感器融合的自主避障無(wú)人機(jī)系統(tǒng)及控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]通過(guò)多年的技術(shù)研發(fā)和實(shí)踐應(yīng)用，無(wú)人機(jī)巡檢已經(jīng)發(fā)展成一種高效、低成本空中巡檢技術(shù)，是解決輸電線路智能巡檢的重要手段之一，將故障杜絕在隱患階段，可極大地提升電力系統(tǒng)輸配電運(yùn)行、管理和維護(hù)水平。就無(wú)人機(jī)而言，自動(dòng)避障系統(tǒng)是無(wú)人機(jī)順利完成飛行任務(wù)的重要安全保障，對(duì)于無(wú)人機(jī)的飛行路徑規(guī)劃能力起著至關(guān)重要的作用，很大程度上反映了無(wú)人機(jī)的智能性和安全性。
[0003]申請(qǐng)?zhí)枮椤?01310334960.7”的《一種無(wú)人機(jī)的避障方法及其裝置》，主要公開(kāi)了一種基于人類避障行為的無(wú)人機(jī)避障方法及其裝置，但沒(méi)有給出如何實(shí)時(shí)探測(cè)障礙物的方法。申請(qǐng)?zhí)枮椤?01310036235.1”的《用于電力巡線的無(wú)人機(jī)多重避障控制方法》，融合了兩重避障方法，但需要在嵌入式飛行控制器中下載輸電線路電磁場(chǎng)分布模型與輸電線路三維模型數(shù)據(jù)，計(jì)算實(shí)施過(guò)程較為復(fù)雜。
[0004]綜上所述，現(xiàn)有技術(shù)的無(wú)人機(jī)避障方法對(duì)于無(wú)人機(jī)巡檢作業(yè)的避障，其效果并非十分理想，尚有很多問(wèn)題需要解決。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明公開(kāi)了一種基于多傳感器融合的自主避障無(wú)人機(jī)系統(tǒng)及控制方法，通過(guò)多傳感器融合對(duì)周?chē)沫h(huán)境進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，將檢測(cè)到的信息通過(guò)環(huán)境與障礙物數(shù)據(jù)分析處理模塊計(jì)算后，由避障決策模塊通過(guò)飛控系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)動(dòng)力模塊實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)對(duì)周?chē)系K物的有效躲避，提升了無(wú)人機(jī)的監(jiān)控范圍，保障無(wú)人機(jī)系統(tǒng)輸電線路巡檢的安全。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的具體方案如下:
[0007]—種基于多傳感器融合的自主避障無(wú)人機(jī)系統(tǒng)，包括:
[0008]環(huán)境信息實(shí)時(shí)檢測(cè)模塊，采用多傳感器融合技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)周?chē)沫h(huán)境進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)并將檢測(cè)到的信息傳輸至障礙物數(shù)據(jù)分析處理模塊；
[0009]障礙物數(shù)據(jù)分析處理模塊對(duì)接收的周?chē)沫h(huán)境信息進(jìn)行環(huán)境結(jié)構(gòu)感知構(gòu)建確定所處的障礙物；
[0010]避障決策模塊根據(jù)障礙物數(shù)據(jù)分析處理模塊的輸出結(jié)果確定避障決策，通過(guò)飛控系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)動(dòng)力模塊實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)對(duì)周?chē)系K物的躲避。
[0011]進(jìn)一步的，所述環(huán)境信息實(shí)時(shí)檢測(cè)模塊包括超聲波裝置、毫米波雷達(dá)、慣性傳感器及雙目機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)。
[0012]進(jìn)一步的，所述超聲波裝置通過(guò)固定架安裝在機(jī)架的頂端，且超聲波裝置的支架四周分別安裝有雙目機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)，慣性傳感器和前進(jìn)方向毫米波雷達(dá)位于機(jī)架的前外表面上。
[0013]進(jìn)一步的，所述機(jī)架的兩側(cè)通過(guò)固定桿安裝有動(dòng)力模塊，動(dòng)力模塊的輸出端上安裝有螺旋槳。
[0014]進(jìn)一步的，所述機(jī)架的底部安裝有可收縮的起落架。
[0015]進(jìn)一步的，所述超聲波裝置的結(jié)構(gòu)為半圓形，且超聲波裝置中安裝防干擾裝置。
[0016]—種基于多傳感器融合的自主避障無(wú)人機(jī)系統(tǒng)控制方法，包括:
[0017]利用環(huán)境信息實(shí)時(shí)檢測(cè)模塊獲取無(wú)人機(jī)周?chē)h(huán)境原始信息；
[0018]將環(huán)境原始信息輸入環(huán)境與障礙物數(shù)據(jù)分析處理模塊，進(jìn)行環(huán)境結(jié)構(gòu)感知構(gòu)建；
[0019]構(gòu)建空間連通區(qū)域，根據(jù)建立的障礙模型結(jié)合測(cè)距單元得到機(jī)身與障礙物的距離，利用人工勢(shì)場(chǎng)法進(jìn)行局部路徑規(guī)劃避免障礙物碰撞；
[0020]自主式安全路徑規(guī)劃，運(yùn)用隨機(jī)路線圖方法漸增地構(gòu)建出規(guī)劃空間中避撞點(diǎn)和避撞路徑段組成的飛行路線圖，在飛行路線圖中搜索從起點(diǎn)到終點(diǎn)的無(wú)人機(jī)的最優(yōu)路徑，即在飛行路線圖上的路徑搜索；
[0021]避障決策模塊根據(jù)障礙物數(shù)據(jù)分析處理模塊的輸出結(jié)果確定避障決策，通過(guò)飛控系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)動(dòng)力模塊實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)對(duì)周?chē)系K物的躲避。
[0022]進(jìn)一步的，環(huán)境結(jié)構(gòu)感知構(gòu)建時(shí)，將無(wú)人機(jī)四周的雙目機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)組建在一起，構(gòu)成大視覺(jué)空間范圍的三維測(cè)量系統(tǒng)，使用雙目視覺(jué)系統(tǒng)中的攝像頭接收環(huán)境中物體表面的特征點(diǎn)，并通過(guò)立體匹配得到視差圖像，之后確定深度圖像，并進(jìn)行環(huán)境結(jié)構(gòu)感知構(gòu)建。
[0023]進(jìn)一步的，構(gòu)建空間連通區(qū)域時(shí)，首先建立障礙模型，使用改進(jìn)的空間八叉樹(shù)的結(jié)構(gòu)對(duì)障礙進(jìn)行描述，將含有整個(gè)場(chǎng)景的空間立方體按三個(gè)方向分割成八個(gè)子立方體網(wǎng)格，組織成一棵八叉樹(shù)；
[0024]若某一子立方體網(wǎng)格中所含景物面片數(shù)大于給定的閾值，則為該子立方體作進(jìn)一步的剖分，上述剖分過(guò)程直至八叉樹(shù)每一個(gè)葉子節(jié)點(diǎn)所含面片數(shù)均小于給定的閾值為止，并結(jié)合前進(jìn)方向毫米波雷達(dá)回波信號(hào)得到機(jī)身與障礙物的距離。
[0025]進(jìn)一步的，構(gòu)建空間連通區(qū)域還包括:利用人工勢(shì)場(chǎng)法進(jìn)行局部路徑規(guī)劃，通過(guò)無(wú)人機(jī)攜帶的四周雙目機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)獲得一個(gè)新的三維封閉環(huán)境；
[0026]掃描組合成多分辨率障礙物地圖，在局部為了避免障礙物碰撞，進(jìn)行無(wú)人機(jī)飛行區(qū)域內(nèi)的局部路徑規(guī)劃。
[0027]進(jìn)一步的，飛控系統(tǒng)通過(guò)控制信號(hào)輸送至無(wú)人機(jī)飛行器伺服機(jī)構(gòu)的舵機(jī)，并根據(jù)慣導(dǎo)數(shù)據(jù)和飛行路徑生成飛行控制指令，無(wú)人機(jī)接收飛行控制指令，以便控制無(wú)人機(jī)對(duì)障礙物進(jìn)行避障。
[0028]本發(fā)明的有益效果:
[0029]本發(fā)明模塊結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、可靠，可以有效避免無(wú)人機(jī)與各類型障礙物的碰撞，通過(guò)模塊化設(shè)計(jì)能夠安裝在各類無(wú)人機(jī)上，在無(wú)人機(jī)的機(jī)體四周分別設(shè)置有雙目機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)三維空間重構(gòu)，同時(shí)配合超聲波裝置與前進(jìn)方向的毫米波雷達(dá)，使避障方法更加全面，具有障礙物檢測(cè)實(shí)時(shí)性高、可視檢測(cè)距離遠(yuǎn)、分別率高的特點(diǎn)。顯著提高了障礙物實(shí)時(shí)檢測(cè)的效率，保障了無(wú)人機(jī)巡檢系統(tǒng)的飛行安全，有著廣闊的應(yīng)用前景。
【附圖說(shuō)明】
[0030]圖1是本發(fā)明的系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖；
[0031]圖2為本發(fā)明的原理框圖；
[0032]圖3為本發(fā)明的避障控制流程圖；
[0033]圖2中:1_慣性傳感器;2-環(huán)境與障礙物數(shù)據(jù)分析處理模塊;3-前進(jìn)方向毫米波雷達(dá);4-雙目機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng);5-超聲波裝置;6-螺旋槳;7-動(dòng)力模塊;8-起落架;9-避障決策模塊;10-機(jī)架;11-飛控系統(tǒng)。
【具體實(shí)施方式】
:
[0034]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明:
[0035]如圖1-2所示，一種基于多傳感器融合的自主避障無(wú)人機(jī)系統(tǒng)，包括環(huán)境與障礙物數(shù)據(jù)分析處理模塊2、超聲波裝置5、螺旋槳6、動(dòng)力模塊7、避障決策模塊9和機(jī)架10;所述機(jī)架10的前外表面上安裝有環(huán)境與障礙物數(shù)據(jù)分析處理模塊2、該模塊具體為處理器，用于實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境與障礙物數(shù)據(jù)的分析處理，慣性傳感器I和前進(jìn)方向毫米波雷達(dá)3，且慣性傳感器I和前進(jìn)方向毫米波雷達(dá)3位于環(huán)境與障礙物數(shù)據(jù)分析處理模塊2的上方，機(jī)架10的內(nèi)部安裝有避障決策模塊9，超聲波裝置5通過(guò)固定架安裝在機(jī)架10的頂端，且超聲波裝置5的支架四周分別安裝有雙目機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)4，機(jī)架10的兩側(cè)通過(guò)固定桿安裝有動(dòng)力模塊7，動(dòng)力模塊7的輸出端上安裝有螺旋槳6，慣性傳感器1、前進(jìn)方向毫米波雷達(dá)3、雙目機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)4和超聲波裝置5的輸出端與環(huán)境與障礙物數(shù)據(jù)分析處理模塊2的輸入端電性連接，環(huán)境與障礙物數(shù)據(jù)分析處理模塊2的輸出端與避障決策模塊9的輸入端電性連接，避障決策模塊9的輸出端通過(guò)飛控系統(tǒng)11，與動(dòng)力模塊7的輸入端連接，超聲波裝置5為半圓形，且超聲波裝置5中安裝防干擾裝置，機(jī)架10的底部安裝有可收縮的起落架8。
[0036]慣性傳感器I是檢測(cè)和測(cè)量加速度、傾斜、沖擊、振動(dòng)、旋轉(zhuǎn)和多自由度(DoF)運(yùn)動(dòng)的傳感器。慣性傳感器I用于飛機(jī)的導(dǎo)航、定向；前進(jìn)方向毫米波雷達(dá)3用于前進(jìn)方向的障礙物測(cè)距;頂部超聲波裝置5用于測(cè)量飛機(jī)上部可能遇到的障礙物距離；雙目機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)4用于構(gòu)建飛機(jī)周?chē)娜S環(huán)境。
[0037]避障決策模塊9基于環(huán)境與障礙物數(shù)據(jù)分析處理模塊2給出的環(huán)境與障礙物信息，對(duì)簡(jiǎn)單障礙物執(zhí)行簡(jiǎn)單避障策略，對(duì)復(fù)雜障礙物給出為躲避障礙物而規(guī)劃出的新航路。
[0038]動(dòng)力模塊7包括:電機(jī)、電子調(diào)速器、電調(diào)連接板、槳葉、電池。作用是執(zhí)行飛機(jī)的高度控制、航向、速度控制，從而按照避障決策模塊9給出的新航路執(zhí)行飛行。
[0039]飛控系統(tǒng)11集成各種傳感器、飛行控制器、電源系統(tǒng)、機(jī)上電纜和執(zhí)行機(jī)構(gòu)。飛行控制系統(tǒng)11是一個(gè)閉環(huán)負(fù)反饋控制系統(tǒng)，它可以控制無(wú)人機(jī)自動(dòng)實(shí)現(xiàn)定高度、定航向、定姿態(tài)飛行，控制機(jī)動(dòng)飛行時(shí)飛行姿態(tài)較穩(wěn)定，以保證無(wú)人機(jī)的安全降落。
[0040]—種基于多傳感器融合的自主避障無(wú)人機(jī)系統(tǒng)控制方法如如圖3所示，包括以下步驟:步驟I:無(wú)人機(jī)飛行環(huán)境信息采集;步驟2:環(huán)境與障礙物數(shù)據(jù)分析處理;步驟3:構(gòu)建空間連通區(qū)域;步驟4:自主式安全路徑規(guī)劃;步驟5:避障決策;步驟6:實(shí)施避障。
[0041]步驟1:基于多傳感器獲取無(wú)人機(jī)周?chē)h(huán)境原始信息。通過(guò)無(wú)人機(jī)機(jī)載的前進(jìn)方向毫米波雷達(dá)、頂部超聲波傳感器和雙目機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)獲取無(wú)人機(jī)周?chē)h(huán)境原始信息。
[0042]步驟2:將環(huán)境原始信息輸入環(huán)境與障礙物數(shù)據(jù)分析處理模塊，進(jìn)行環(huán)境結(jié)構(gòu)感知構(gòu)建。
[0043]將無(wú)人機(jī)四周的雙目機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)組建在一起，構(gòu)成大視覺(jué)空間范圍的三維測(cè)量系統(tǒng)，使用雙目視覺(jué)系統(tǒng)中的攝像頭接收環(huán)境中物體表面的特征點(diǎn)，并通過(guò)立體匹配得到視差圖像，之后確定深度圖像，并進(jìn)行環(huán)境結(jié)構(gòu)感知構(gòu)建。
[0044]環(huán)境結(jié)構(gòu)感知構(gòu)建就是通過(guò)模擬，構(gòu)建出無(wú)人機(jī)周?chē)目臻g結(jié)構(gòu)，步驟3中的構(gòu)建空間連通區(qū)域，是基于第二步得到的無(wú)人機(jī)周?chē)h(huán)境，在避免與障礙物碰撞的前提下，得到的可用于飛行的空間連通區(qū)域，可以理解為三維空間中剔除障礙物所占的空間部分，剩余的可連通的空間。
[0045]步驟3:構(gòu)建空間連通區(qū)域。
[0046]首先建立障礙模型，使用改進(jìn)的空間八叉樹(shù)的結(jié)構(gòu)對(duì)障礙進(jìn)行描述。將含有整個(gè)場(chǎng)景的空間立方體按三個(gè)方向分割成八個(gè)子立方體網(wǎng)格，組織成一棵八叉樹(shù)。若某一子立方體網(wǎng)格中所含景物面片數(shù)大于給定的閾值，則為該子立方體作進(jìn)一步的剖分。上述剖分過(guò)程直至八叉樹(shù)每一個(gè)葉子節(jié)點(diǎn)所含面片數(shù)均小于給定的閾值為止，并結(jié)合前進(jìn)方向毫米波雷達(dá)回波信號(hào)得到障礙物距離。
[0047]確定障礙物方法:一是基于前進(jìn)方向毫米波雷達(dá)回波信號(hào)得到障礙物距離，二是通過(guò)無(wú)人機(jī)攜帶的四周雙目機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)獲得一個(gè)新的三維封閉環(huán)境。掃描組合成多分辨率障礙物地圖。
[0048]其次利用人工勢(shì)場(chǎng)法進(jìn)行局部路徑規(guī)劃，通過(guò)無(wú)人機(jī)攜帶的四周雙目機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)獲得一個(gè)新的三維封閉環(huán)境。掃描組合成多分辨率障礙物地圖，在局部為了避免障礙物碰撞，進(jìn)行無(wú)人機(jī)飛行區(qū)域內(nèi)的局部路徑規(guī)劃。局部路徑規(guī)劃用于飛機(jī)自身實(shí)時(shí)避障，與簡(jiǎn)單避障策略相結(jié)合。
[0049]步驟4:自主式安全路徑規(guī)劃。路徑規(guī)劃過(guò)程分為學(xué)習(xí)和查詢兩個(gè)階段，在學(xué)習(xí)階段，運(yùn)用隨機(jī)路線圖(PRM)方法漸增地構(gòu)建出規(guī)劃空間中避撞點(diǎn)和避撞路徑段組成的飛行路線圖G= (V，E)，V為路線圖中避撞點(diǎn)的集合，E為圖中避撞路徑段的集合。在查詢階段，路徑搜索是在飛行路線圖中搜索從起點(diǎn)到終點(diǎn)的無(wú)人機(jī)的最優(yōu)路徑，即在飛行路線圖上的路徑搜索。飛行路線圖上可以結(jié)合無(wú)人機(jī)的約束條件，如機(jī)型、飛行高度、速度等，規(guī)劃資源消耗大大減少，有利于無(wú)人機(jī)的可變?nèi)蝿?wù)路徑搜索。同時(shí)可以根據(jù)規(guī)劃時(shí)間和存儲(chǔ)空間的要求，設(shè)定路線圖的精細(xì)程度。自主式安全路徑規(guī)劃與復(fù)雜避障策略相結(jié)合，需要在飛控地面站(軟件)中實(shí)現(xiàn)。
[0050]步驟5:避障策略選擇與決策?？傮w上分為兩個(gè)級(jí)別的避障策略:簡(jiǎn)單避障策略和復(fù)雜避障策略。簡(jiǎn)單避障策略通過(guò)懸停和爬升越障的方式，處理障礙物避障。復(fù)雜避障主要是通過(guò)改變航線和動(dòng)態(tài)航線規(guī)劃的方式處理避障，這種方式是用于處理復(fù)雜障礙物的避障。
[0051]通過(guò)局部路徑規(guī)劃，一次性可完成躲避的障礙物可以認(rèn)為是簡(jiǎn)單障礙物;基于局部路徑規(guī)劃結(jié)合空間連通區(qū)域，如果在完成簡(jiǎn)單避障策略后仍會(huì)遇到新的障礙物，則放棄簡(jiǎn)單避障策略，需要進(jìn)行安全路徑規(guī)劃，處理復(fù)雜障礙物避障，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)一次避障可躲避的障礙物認(rèn)為是簡(jiǎn)單障礙物，由于一次避障而遇到新的障礙物則認(rèn)為這些障礙物組成了復(fù)雜障礙物。
[0052]步驟6:實(shí)施避障動(dòng)作，避障決策模塊通過(guò)控制信號(hào)輸送至無(wú)人機(jī)飛行器伺服機(jī)構(gòu)的舵機(jī)，并根據(jù)慣導(dǎo)數(shù)據(jù)和飛行路徑生成飛行控制指令，無(wú)人機(jī)接收飛行控制指令，以便控制無(wú)人機(jī)對(duì)障礙物進(jìn)行避障。
[0053]上述雖然結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行了描述，但并非對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，在本發(fā)明的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造性勞動(dòng)即可做出的各種修改或變形仍在本發(fā)明的保護(hù)范圍以內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于多傳感器融合的自主避障無(wú)人機(jī)系統(tǒng)，其特征是，包括: 環(huán)境信息實(shí)時(shí)檢測(cè)模塊，采用多傳感器融合技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)周?chē)沫h(huán)境進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)并將檢測(cè)到的信息傳輸至障礙物數(shù)據(jù)分析處理模塊； 障礙物數(shù)據(jù)分析處理模塊對(duì)接收的周?chē)沫h(huán)境信息進(jìn)行環(huán)境結(jié)構(gòu)感知構(gòu)建確定所處的障礙物； 避障決策模塊根據(jù)障礙物數(shù)據(jù)分析處理模塊的輸出結(jié)果確定避障決策，通過(guò)飛控系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)動(dòng)力模塊實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)對(duì)周?chē)系K物的躲避。2.如權(quán)利要求1所述的一種基于多傳感器融合的自主避障無(wú)人機(jī)系統(tǒng)，其特征是，所述環(huán)境信息實(shí)時(shí)檢測(cè)模塊包括超聲波裝置、毫米波雷達(dá)、慣性傳感器及雙目機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)。3.如權(quán)利要求1所述的一種基于多傳感器融合的自主避障無(wú)人機(jī)系統(tǒng)，其特征是，所述超聲波裝置通過(guò)固定架安裝在機(jī)架的頂端，且超聲波裝置的支架四周分別安裝有雙目機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)，慣性傳感器和前進(jìn)方向毫米波雷達(dá)位于機(jī)架的前外表面上。4.如權(quán)利要求1所述的一種基于多傳感器融合的自主避障無(wú)人機(jī)系統(tǒng)，其特征是，所述機(jī)架的兩側(cè)通過(guò)固定桿安裝有動(dòng)力模塊，動(dòng)力模塊的輸出端上安裝有螺旋槳。5.如權(quán)利要求1所述的一種基于多傳感器融合的自主避障無(wú)人機(jī)系統(tǒng)，其特征是，所述機(jī)架的底部安裝有可收縮的起落架； 所述超聲波裝置的結(jié)構(gòu)為半圓形，且超聲波裝置中安裝防干擾裝置。6.基于權(quán)利要求1所述的一種基于多傳感器融合的自主避障無(wú)人機(jī)系統(tǒng)的控制方法，其特征是，包括: 利用環(huán)境信息實(shí)時(shí)檢測(cè)模塊獲取無(wú)人機(jī)周?chē)h(huán)境原始信息； 將環(huán)境原始信息輸入環(huán)境與障礙物數(shù)據(jù)分析處理模塊，進(jìn)行環(huán)境結(jié)構(gòu)感知構(gòu)建； 構(gòu)建空間連通區(qū)域，根據(jù)建立的障礙模型結(jié)合測(cè)距單元得到機(jī)身與障礙物的距離，利用人工勢(shì)場(chǎng)法進(jìn)行局部路徑規(guī)劃避免障礙物碰撞； 自主式安全路徑規(guī)劃，運(yùn)用隨機(jī)路線圖方法漸增地構(gòu)建出規(guī)劃空間中避撞點(diǎn)和避撞路徑段組成的飛行路線圖，在飛行路線圖中搜索從起點(diǎn)到終點(diǎn)的無(wú)人機(jī)的最優(yōu)路徑，即在飛行路線圖上的路徑搜索； 避障決策模塊根據(jù)障礙物數(shù)據(jù)分析處理模塊的輸出結(jié)果確定避障決策，通過(guò)飛控系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)動(dòng)力模塊實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)對(duì)周?chē)系K物的躲避。7.如權(quán)利要求6所述的一種基于多傳感器融合的自主避障無(wú)人機(jī)系統(tǒng)的控制方法，其特征是，環(huán)境結(jié)構(gòu)感知構(gòu)建時(shí)，將無(wú)人機(jī)四周的雙目機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)組建在一起，構(gòu)成大視覺(jué)空間范圍的三維測(cè)量系統(tǒng)，使用雙目視覺(jué)系統(tǒng)中的攝像頭接收環(huán)境中物體表面的特征點(diǎn)，并通過(guò)立體匹配得到視差圖像，之后確定深度圖像，并進(jìn)行環(huán)境結(jié)構(gòu)感知構(gòu)建。8.如權(quán)利要求6所述的一種基于多傳感器融合的自主避障無(wú)人機(jī)系統(tǒng)的控制方法，其特征是，構(gòu)建空間連通區(qū)域時(shí)，首先建立障礙模型，使用改進(jìn)的空間八叉樹(shù)的結(jié)構(gòu)對(duì)障礙進(jìn)行描述，將含有整個(gè)場(chǎng)景的空間立方體按三個(gè)方向分割成八個(gè)子立方體網(wǎng)格，組織成一棵八叉樹(shù)； 若某一子立方體網(wǎng)格中所含景物面片數(shù)大于給定的閾值，則為該子立方體作進(jìn)一步的剖分，上述剖分過(guò)程直至八叉樹(shù)每一個(gè)葉子節(jié)點(diǎn)所含面片數(shù)均小于給定的閾值為止，并結(jié)合前進(jìn)方向毫米波雷達(dá)回波信號(hào)得到機(jī)身與障礙物的距離。9.如權(quán)利要求6所述的一種基于多傳感器融合的自主避障無(wú)人機(jī)系統(tǒng)的控制方法，其特征是，構(gòu)建空間連通區(qū)域還包括:利用人工勢(shì)場(chǎng)法進(jìn)行局部路徑規(guī)劃，通過(guò)無(wú)人機(jī)攜帶的四周雙目機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)獲得一個(gè)新的三維封閉環(huán)境； 掃描組合成多分辨率障礙物地圖，在局部為了避免障礙物碰撞，進(jìn)行無(wú)人機(jī)飛行區(qū)域內(nèi)的局部路徑規(guī)劃。10.如權(quán)利要求6所述的一種基于多傳感器融合的自主避障無(wú)人機(jī)系統(tǒng)的控制方法，其特征是，飛控系統(tǒng)通過(guò)控制信號(hào)輸送至無(wú)人機(jī)飛行器伺服機(jī)構(gòu)的舵機(jī)，并根據(jù)慣導(dǎo)數(shù)據(jù)和飛行路徑生成飛行控制指令，無(wú)人機(jī)接收飛行控制指令，以便控制無(wú)人機(jī)對(duì)障礙物進(jìn)行避障。
【文檔編號(hào)】G05D1/10GK105892489SQ201610348926
【公開(kāi)日】2016年8月24日
【申請(qǐng)日】2016年5月24日
【發(fā)明人】李宗諭, 劉俍, 王萬(wàn)國(guó), 張方正, 董罡, 楊波, 雍軍, 慕世友, 李超英, 傅孟潮, 魏傳虎, 李建祥, 趙金龍, 李勇, 吳觀斌, 許乃媛
【申請(qǐng)人】國(guó)網(wǎng)山東省電力公司電力科學(xué)研究院, 山東魯能智能技術(shù)有限公司, 國(guó)家電網(wǎng)公司