[发明专利]一种多旋翼无人机室内环境中的轨迹规划方法

说明书

本发明公开了一种多旋翼无人机室内环境中的轨迹规划方法。包括如下步骤：步骤1，首先将地图转化为占据栅格地图，根据占据栅格地图中每个栅格离障碍物的距离信息构建欧式符号距离场；步骤2，根据欧式符号距离场和给定的起点和终点规划一条远离障碍物的初始路径；步骤3，根据规划的初始路径生成一条连通起点和终点的安全飞行通道；步骤4，以能量最小为优化指标，以符合多旋翼无人机动力学为约束条件，在安全飞行通道中生成一条多旋翼无人机可执行的飞行轨迹。本发明可以根据地图中的自由空间离障碍物的距离信息，在地图中规划一条尽量远离障碍物的多旋翼无人机飞行轨迹，更大程度的保证了无人机在室内飞行时的安全。

技术领域

本发明涉及无人机技术领域，具体涉及一种多旋翼无人机室内环境中的轨迹规划方法。

背景技术

目前，多旋翼无人机由于其尺寸小，方便携带，价格低廉等优点得到广泛的应用。尤其是在室内复杂环境中多旋翼的小尺寸让其成为室内飞行的主要平台，而轨迹规划又是多旋翼无人机室内飞行中的重要一环。

近年来，已经发展出了多种多旋翼无人机室内环境中的轨迹规划方法，如基于搜索的Dijkstra和A*算法、基于采样的随机搜索树算法、基于能量或者时间最优的轨迹规划等等。上述方法在比较空旷的室外环境中具有非常好的效果，但是由于上述方法没有考虑到离障碍物的距离信息，得到的轨迹可能离障碍物很近，对于飞行环境比较复杂的室内就存在与障碍物相撞的风险(一种多旋翼无人机巡检路径规划方法，CN 111256703 A)。

多旋翼无人机在室内环境飞行时，规划的轨迹需要尽量远离障碍物，这样才能给多旋翼无人机更多的空间，保证其在障碍物较多的室内环境中飞行的安全。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中的上述缺陷，提供一种多旋翼无人机室内环境中的轨迹规划方法。

本发明至少通过如下技术方案之一实现。

一种多旋翼无人机室内环境中的轨迹规划方法，包括以下步骤：

S1.将地图转化为占据栅格地图，根据地图中每个栅格离障碍物的距离信息建立欧式符号距离场；

S2.根据欧式符号距离场，在占据栅格地图中的非障碍物区域搜索一条从起点到终点的初始路径；

S3.依据初始路径和占据栅格地图生成连通起点和终点的飞行通道；

S4.根据动力学约束，生成多旋翼无人机可执行的光滑的飞行轨迹。

进一步地，欧式符号距离场计算公式为：

ESDF(n)＝min{‖p_n-p₁‖,‖p_n-p₂‖,…,‖p_n-p_Q‖}

其中ESDF(n)为当前栅格在欧式符号距离场中的值，p_n为当前栅格中心点的位置，Q为障碍物栅格的总数量，p₁,p₂,…,p_Q为分别为第1,2,…,Q个障碍物栅格的中心点的位置。

进一步地，所述通过FIESTA算法计算整个地图的欧式符号距离场。

进一步地，通过Voxblox算法来计算整个地图的欧式符号距离场。

进一步地，步骤S2中，通过改进A*算法搜索一条尽量远离障碍物的初始路径，

f(n)＝g(n)+h(n)+O(n)

其中g(n)为起点到当前路径点的累计代价，h(n)是启发式函数，为当前路径点到终点的欧式距离，O(n)为当前路径点的碰撞代价。

进一步地，碰撞代价O(n)的计算公式如下：