[发明专利]农用植保无人机避障喷施路径规划方法及无人机

说明书

本发明提供一种农用植保无人机避障喷施路径规划方法及无人机，涉及无人机路线规划方法及控制方法领域，为了解决现有技术中的避障算法未能兼顾减少路径长短以及减少重喷漏喷的缺点，而提出一种新的用于植保无人机的避障路径规划方法及无人机，所述方法包括：判断第一条喷施路径的起点和终点构成的直线段与障碍圆是否相交；若相交，则生成Dubins路径并确定所有可选的飞行路径，计算第一条路径的飞行路径长度、转弯路径的长度、重复喷施面积：重复上述步骤，直至计算出所有的飞行路径长度以及重复喷施面积，为了快速找出最佳路径加入了遗传算法，在所述可选的飞行路径中快速选取最佳路径。本发明适用于植保无人机。

技术领域

本发明涉及一种农用植保无人机避障喷施路径规划方法及无人机，属于无人机路线规划方法及控制方法领域。

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。植保无人机在喷施作业中很有可能遇到零散分布的树木，信号塔，电线杆等障碍。这无可避免的会涉及到植保无人机的喷施过程的避障问题。

一般植保无人机在喷施作业中遇到的情况如图4所示(其中圆形代表障碍)，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只遇到一个障碍的情况为例，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，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(如上面的漏喷区域)，有些区域会在无人机回飞时喷洒两遍(如上面的重复喷洒区域)。此避障过程会导致大面积的重喷和漏喷，下面就无人机喷施作业中的避障问题展开讨论，并提出一种兼顾路径长短和多喷漏喷的方法。给出一种无人机在喷施作业中的避障策略，这种避障策略可以在路径长度增加不多的情况下，有效的减少多喷和漏喷的面积。图5是以单障碍为例，当遇到多个障碍时，传统的避障算法将会导致更多的重喷和漏喷的面积。

文献“《基于Dubins路径的无人机避障规划算法》，关震宇”提供了一种无人机避障规划方法，但其未排除不需要躲避的障碍，并且不能返回原飞行路线上，从而导致其不能在减少重喷漏喷面积的基础上选择最佳路径。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中的避障算法未能兼顾减少路径长短以及减少重喷漏喷的缺点，而提出一种新的用于植保无人机的避障路径规划方法及无人机。

一种用于植保无人机的避障喷施路径长度确定方法，所述方法用于规划从起始点到终点的飞行路径，所述飞行路径包括M条喷施路径以及N条转弯路径，其特征在于，确定第一条喷施路径的方法包括：

步骤1)从第一条直线喷施路径起，将当前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)比较无人机的最小转弯半径与所述障碍圆的半径大小；

若障碍圆的半径大于等于无人机的最小转弯半径，则执行步骤4)；

若障碍圆的半径小于无人机的最小转弯半径，则生成两个所述障碍圆的内切圆，以内切圆代替所述障碍圆，然后执行步骤4)；所述内切圆的圆心位于所述直线段的经过所述障碍圆圆心的垂线上，所述内切圆的半径等于所述最小转弯圆的半径；