[发明专利]一种基于全景立体成像设备的无人机自动避障飞行系统

摘要

本发明公开了一种基于全景立体成像设备的无人机自动避障飞行系统，包括图像采集模块，采用折反射式全景立体成像设备进行全方位立体场景采集；导航模块，用于提供地理坐标信息；中央处理器模块，根据导航模块提供的地理坐标信息对图像采集模块获取的全方位立体场景进行障碍点探测和有效飞行路径障碍点的判断和提取，并设计最优航迹路径；飞行控制器模块，根据所述中央处理器模块设计的最优航迹路径信息实时控制无人机上的执行机构模块进行相应飞行动作，该系统能够在三维环境中有效地为无人机规划最优航迹路径。

主权项

一种基于全景立体成像设备的无人机自动避障飞行系统，其特征在于，包括： 图像采集模块，采用折反射式全景立体成像设备进行全方位立体场景采集；导航模块，用于提供地理坐标信息；中央处理器模块，根据导航模块提供的地理坐标信息对图像采集模块获取的全方位立体场景进行障碍点探测和有效飞行路径障碍点的判断和提取，并设计最优航迹路径；飞行控制器模块，根据所述中央处理器模块设计的最优航迹路径信息实时控制无人机 上的执行机构模块进行相应飞行动作；所述中央处理器模块设计最优航迹路径包括： 步骤 S1，根据无人机外形尺寸建立安全飞行半径，计算公式为 ：R=v2/2a其中，安全飞行半径R为旋翼无人机由运动到悬停所飞行的距离，v为无人机飞行的最大速度，a为通过螺旋桨推力得出的加速度；步骤S2，根据导航模块与图像采集模块获取的场景立体图像进行障碍点的识别和障碍点地理位置和深度信息提取；步骤 S3，根据无人机的运动方向以及未知环境障碍点间、未知环境障碍点与无人机椭球体之间的几何关系，进行前进方向上的无效障碍点对应的非有效路径数据野值剔除；步骤S4，设计最优航迹路径；步骤S4中，所述设计最优航迹路径包括： 当探测到第一障碍点，并且只有一个障碍点时，将第一障碍点到当前无人机航迹的距离与无人机安全飞行半径进行比较，若前者较小，在以第一障碍点为中心，以安全飞行半径为半径构成的圆上做以无人机为原点的切线和以目标为原点的切线，取两条切线中距离较短的为更新之后的最优航迹路径；步骤S4中，所述设计最优航迹路径还包括：当改变航迹后再次探测到第二障碍点，并且此时所述第一障碍点依然对航迹有影响，或者同时探测到两个障碍点时，首先判断第二障碍点是否对现有航迹有威胁，即它到航迹的垂直距离是否大于安全飞行半径，如果距离小于安全飞行半径，并且两个障碍点在现有航迹的同侧，则通过计算切线距离的方法计算并修改最优航迹路径，如果两个障碍点在现有航迹的异侧，则判断两个障碍点之间的距离是否大于安全飞行半径的两倍，当两个障碍点之间距离大于等于无人机安全飞行半径的两倍时，修改最优航迹路径为从两个障碍点之间通过，当两个障碍点之间距离小于无人机安全飞行半径的两倍时，则修改最优航迹路径为绕过第二障碍点的外侧；步骤S4中，所述设计最优航迹路径还包括：当探测到三个或三个以上的障碍点时，根据无人机的控制模型和每个障碍点的坐标构建以无人机重心为原点的三维空间，计算所有障碍点两两之间空间距离，将空间距离小于安全飞行半径两倍的区域剔除，并以无人机当前位置为起点，根据降维映射法在剩余的区域内计算并选择最优航迹路径。