[发明专利]一种基于多传感器融合的自主避障无人机系统及控制方法

摘要

本发明公开了一种基于多传感器融合的自主避障无人机系统及控制方法，环境信息实时检测模块，采用多传感器融合技术实现对周围的环境进行实时检测并将检测到的信息传输至障碍物数据分析处理模块；障碍物数据分析处理模块对接收的周围的环境信息进行环境结构感知构建确定所处的障碍物；避障决策模块根据障碍物数据分析处理模块的输出结果确定避障决策，通过飞控系统驱动动力模块实现无人机对周围障碍物的躲避。本发明在无人机的机体四周分别设置有双目机器视觉系统，实现三维空间重构，同时配合超声波装置与前进方向的毫米波雷达，使避障方法更加全面，具有障碍物检测实时性高、可视检测距离远、分别率高的特点。

主权项

1.一种基于多传感器融合的自主避障无人机系统，其特征是，包括：环境信息实时检测模块，采用多传感器融合技术实现对周围的环境进行实时检测并将检测到的信息传输至环境与障碍物数据分析处理模块；环境与障碍物数据分析处理模块对接收的周围的环境信息进行环境结构感知构建确定所处的障碍物；避障决策模块根据环境与障碍物数据分析处理模块的输出结果确定避障决策，通过飞控系统驱动动力模块实现无人机对周围障碍物的躲避；环境结构感知构建时，将无人机四周的双目机器视觉系统组建在一起，构成大视觉空间范围的三维测量系统，使用双目视觉系统中的摄像头接收环境中物体表面的特征点，并通过立体匹配得到视差图像，之后确定深度图像，并进行环境结构感知构建；构建空间连通区域时，首先建立障碍模型，使用改进的空间八叉树的结构对障碍进行描述，将含有整个场景的空间立方体按三个方向分割成八个子立方体网格，组织成一棵八叉树；若某一子立方体网格中所含景物面片数大于给定的阈值，则为该子立方体作进一步的剖分，上述剖分过程直至八叉树每一个叶子节点所含面片数均小于给定的阈值为止，并结合前进方向毫米波雷达回波信号得到机身与障碍物的距离；构建空间连通区域还包括：利用人工势场法进行局部路径规划，通过无人机携带的四周双目机器视觉系统获得一个新的三维封闭环境；扫描组合成多分辨率障碍物地图，在局部为了避免障碍物碰撞，进行无人机飞行区域内的局部路径规划；自主式安全路径规划，路径规划过程分为学习和查询两个阶段，在学习阶段，运用随机路线图(PRM)方法渐增地构建出规划空间中避撞点和避撞路径段组成的飞行路线图G＝(V，E)，V为路线图中避撞点的集合，E为图中避撞路径段的集合；在查询阶段，路径搜索是在飞行路线图中搜索从起点到终点的无人机的最优路径，即在飞行路线图上的路径搜索；实施避障动作，避障决策模块通过控制信号输送至无人机飞行器伺服机构的舵机，并根据惯导数据和飞行路径生成飞行控制指令，无人机接收飞行控制指令，以便控制无人机对障碍物进行避障。