[发明专利]一种农用植保无人机喷施过程中多障碍、小障碍下的避障方法及无人机

说明书

本发明涉及一种农用植保无人机喷施过程中多障碍、小障碍下的避障方法及无人机，属于无人机飞行路线规划领域。为了解决现有技术的无人机喷施飞行路线规划方法未能选择适合无人机机动特性的避障路径，未考虑到无人机需飞回原路线进行喷施，而导致重喷漏喷面积过多的缺点。植保无人机喷施过程中多障碍下的避障方法包括：将飞行路径的起点和终点连接，形成一条直线段；判断直线段是否与障碍圆相交；若相交，生成与直线段和障碍圆同时相切的最小转弯圆,根据直线段、障碍圆以及最小转弯圆确定复数个可选的飞行路径；根据飞行路径的长度及重喷漏喷面积所计算出的适应值大小来选出最佳的飞行路径。本发明适用于农用植保无人机喷施作业过程的航线规划。

技术领域

本发明涉及一种农用植保无人机喷施过程中多障碍、小障碍下的避障方法及无人机，属于无人机飞行路线规划领域。

背景技术

植保无人机喷施作业的区域一般面积较大，而无人机体积小，反应灵活，所以一般植保无人机喷施的路线被规划成来回往复的形如“Π”的形状，其路线如图3所示。图3(a)是标准的矩形喷施区域，图3(b)是一个不规则的喷施区域，但是他们规划的路线都是来回往复的。这种来回往复的路线在没有障碍的情况下喷施作业的效率和喷洒的均匀度(重喷和漏喷)都特别好。但是在实际应用中这种无任何障碍的无人机喷洒作业几乎不存在。

一般植保无人机在喷施作业中遇到的情况如图4所示，在已经离线规划好的路线中分布着若干障碍，这些障碍的特点是比较小，也比较分散，在离线路线规划其中很难将其排除，此时就要求无人机在喷施作业的过程中还要进行障碍的躲避。

以无人机在喷施作业中遇到一个障碍为例，运用传统的避障算法所得到的避障路线如图5所示。由图5看出，植保无人机在避障的同时进行喷洒作业，因为无人机在躲避障碍的时候不能停止喷施作业，所以就会导致有些区域喷洒不到农药(如图5的漏喷区域)，有些区域会在无人机回飞时喷洒两遍(如图5的重复喷洒区域)。此避障方法会导致大面积的重喷和漏喷。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术的无人机喷施飞行路线规划方法未能选择适合无人机机动特性的避障路径，未考虑到无人机需飞回原路线进行喷施，而导致重喷漏喷面积过多的缺点。而提出一种农用植保无人机喷施过程中多障碍、小障碍下的避障方法及无人机。

一种农用植保无人机喷施过程中多障碍下的避障方法，包括如下步骤：

步骤1)将飞行路径的起点和终点连接，形成一条用于表示原飞行路线的直线段；

步骤2)判断所述直线段是否与障碍圆相交，若不相交，则按原路线直线飞行，若相交，则执行步骤3)；所述障碍圆是用于表示障碍物位置和大小特征的模型；将与所述直线段相交的障碍圆称为目标障碍圆；

步骤3)生成复数个与所述直线段与所述目标障碍圆同时相切的最小转弯圆；所述最小转弯圆的半径为无人机的最小转弯半径；

步骤4)根据所述直线段、所述目标障碍圆以及所述最小转弯圆确定复数个可选的飞行路径并计算路径的长度以及与所述的可选飞行路径对应的重喷漏喷面积，并将数据进行归一化处理；

步骤5)将所述的复数个可选路径作为初始种群，计算出适应值的大小；

步骤6)使用遗传算法的选择、交叉、变异操作，当满足迭代次数或者满足预定的适应值大小条件时，输出最佳的搜索路径。

一种农用植保无人机喷施过程中小障碍下的避障方法，包括如下步骤：

步骤1)将飞行路径的起点和终点连接，形成一条用于表示原飞行路径的直线段；

步骤2)判断所述直线段是否与障碍圆相交，若不相交，则按原路线直线飞行，若相交，则执行步骤3)；所述障碍圆是用于表示障碍物位置和大小特征的模型；

步骤3)比较无人机的最小转弯半径与所述障碍圆的半径大小；