一种无人机避障方法及系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及航空科学技术领域，尤其涉及一种无人机避障方法及系统。
【背景技术】
[0002] 近年来，多轴无人机发展迅猛。无人机在飞行过程中，其飞行环境信息很难完全预 知，经常会遇到突发威胁或障碍，此时，预先规划的全局航迹路径已无法满足要求。为达到 预期的目的，需要有实时侦测并避开障碍物的功能，对路径及其周边环境及威胁进行分析 评估，规划一条合理的航迹路径，然后让无人机按此重新规划的航迹路径飞行以避开前方 障碍，继续完成任务。
[0003]目前，国内外研究者们陆续提出了许多无人机实时避障解决方案，然而避障解决 方案都是基于二维平面的无人机避障技术，无法实现高精度的自主避障。
【发明内容】
[0004] 有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种无人机避障方法及系统，能够实现无 人机的高精度自主避障。
[0005] 为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
[0006] -种无人机避障方法，所述方法包括：
[0007] 采用激光测距阵列在所述无人机的前进方向上进行立体场景信息采集；
[0008] 根据采集到的立体场景信息，对所述无人机的前方进行障碍点侦测，确定避障路 径；
[0009] 按照所述避障路径进行飞行。
[0010] 所述激光测距阵列由多个激光发射头和一个感光元件产生。
[0011] 可选的，所述感光元件位于正中，多个激光发射头交错布置于所述感光元件四 周；
[0012] 所述方法还包括：
[0013] 所述激光发射头装有柱形透镜，所述柱形透镜使得所述激光发射头产生直线光 斑；每个激光发射头的安装位置和角度使其直线光斑在前方竖直平面上投影形成预设形状 的包络线区域，并在所述包络线区域内形成激光网格。
[0014] 可选的，所述激光测距阵列在所述无人机的前进方向上进行立体场景信息采集， 包括：
[0015] 根据所述无人机的飞行状态，按照/ = ^确定安全停止距离；其中，1为安全停止 2a 距离，v为所述无人机的最大飞行速度，a为所述无人机减速时旋翼推力提供的加速度；
[0016] 根据所述无人机的外型规格和安全停止距离，按照R=Ι+r确定安全飞行半径；其 中，R为安全飞行半径，r为所述无人机旋翼外接圆半径；
[0017] 根据所述安全飞行半径，构建障碍侦测范围，在前进方向水平面上形成一长方形 障碍侦测区域，按与无人机机体距离由近及远分为急停区、减速区、警示区及安全区；
[0018] 激光发射头射出的直线光斑在前方竖直平面投影，形成预设形状的包络线区域， 包络线区域内形成激光网格，根据所述包络线区域，构成具有预设厚度和角度的饼状三维 监察区域，并在所述竖直平面建立直角坐标系Χ0Υ;
[0019] 激光发射头按照预定顺序及时间间隔，对三维监察区域进行扫描，收集三维监察 区域内障碍物信息。
[0020] 可选的，所述根据采集到的立体场景信息，对所述无人机的前方进行障碍点侦测， 确定避障路径，包括：
[0021] 根据采集到的三维监察区域内障碍物信息，计算障碍物所在区域，确定障碍物的 大小、方向及位置；
[0022] 根据所述无人机的运动状态以及障碍物所在区域与无人机的几何关系，判断应对 措施，确定避障路径。
[0023] -种无人机避障系统，所述系统包括：信息采集模块、信息处理模块以及避障执行 模块；其中，
[0024] 所述信息采集模块，用于采用激光测距阵列在所述无人机的前进方向上进行立体 场景?目息米集；
[0025] 所述信息处理模块，用于根据采集到的立体场景信息，对所述无人机的前方进行 障碍点侦测，确定避障路径；
[0026] 所述避障执行模块，用于按照所述避障路径进行飞行。
[0027] 可选的，所述信息采集模块，包括多个激光发射头和一个感光元件，用于产生激光 测距阵列。
[0028] 可选的，所述感光元件位于正中，多个激光发射头交错布置于所述感光元件四 周；
[0029] 所述激光发射头全部装有同型号的柱形透镜，所述柱形透镜使得所述激光发射头 产生扇面角度一致的直线光斑；通过调整每个激光发射头的安装位置和角度使其直线光 斑在前方竖直平面上投影形成预设形状的包络线区域，并在所述包络线区域内形成激光网 格。
[0030] 可选的，所述信息采集模块，具体用于根据所述无人机的飞行状态，按照/ = ^确 2α 定安全停止距离；其中，1为安全停止距离，ν为所述无人机的最大飞行速度，a为所述无人 机减速时旋翼推力提供的加速度；根据所述无人机的外型规格和安全飞行距离，按照R= Ι+r确定安全飞行半径；其中，R为安全飞行半径，r为所述无人机旋翼外接圆半径；
[0031] 根据所述安全飞行半径，构建障碍侦测范围，在前进方向水平面上形成一长方形 障碍侦测区域，按与无人机机体距离由近及远分为急停区、减速区、警示区及安全区；激光 发射头发出的直线光斑在前方竖直平面投影，形成预设形状的包络线区域，包络线区域内 形成激光网格，根据所述包络线区域，构成具有预设厚度和角度的饼状三维监察区域，并在 所述竖直平面建立直角坐标系Χ0Υ;按照预定顺序及时间间隔，对三维监察区域进行扫描， 收集三维监察区域内障碍物信息。
[0032] 可选的，所述信息处理模块，具体用于根据采集到的三维监察区域内障碍物信息， 计算障碍物所在区域，确定障碍物的大小、方向及位置；根据所述无人机的运动状态以及障 碍物所在区域与无人机的几何关系，判断应对措施，确定避障路径。
[0033] 本发明提供的无人机避障方法及系统，在满足无人机机载设备轻量化的要求下， 针对多轴无人机的飞行特点，基于激光测距阵列进行障碍物探测，能够在三维环境中沿飞 行方向有效地为多轴无人机实现实时地侦测并避开障碍物，实现高精度的自主避障。
【附图说明】
[0034]图1为本发明实施例提供的无人机避障方法的实现流程图；
[0035]图2为本发明实施例提供的无人机避障方法具体实施例的实现流程图；
[0036] 图3为本发明实施例提供的无人机避障方法中包络线区域示意图；
[0037]图4为本发明实施例提供的无人机避障方法中三维监察区域的示意图；
[0038]图5为本发明实施例提供的无人机避障系统的结构示意图；
[0039]图6为本发明实施例提供的信息收集模块的结构示意图。
【具体实施方式】
[0040] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下举实施例并参照附图，对 本发明进一步详细说明。
[0041] 图1示出了本发明实施例提供的无人机避障方法，如图1所示，所述方法包括下述 步骤：
[0042] 步骤101，采用激光测距阵列在所述无人机的前进方向上进行立体场景信息采 集；
[0043] 这里，所述激光测距阵列由多个激光发射头和一个感光元件产生，所述感光元件 位于正中，多个激光发射头交错布置于所述感光元件四周；
[0044] 相应地，该方法还包括：所述激光发射头装有柱形透镜，使其产生扇面角度一致的 直线光斑；所述直线光斑的的角度根据所述无人机实际飞行环境以及障碍物特征进行调整 以使所有直线光斑在前方竖直平面上投影形成预设形状的包络线区域并在包络线区域内 形成激光网格，具体可参考图3,如图3所示，在所述竖直平面建立之交坐标系Χ0Υ;对每束 直线光斑进行编号：A-K、1-11，A-K中任何一个可与1-11中任何一个相交，反之亦然，其交 点可用两位字符表示，如B2;所述激光网格，在包络线内越靠近中心的区域，激光网格密度 越大，以保证在无人机前进方向上的正前方保持有较高的障碍物识别精度。 2
[0045] 具体地，根据所述无人机的飞行状态，按照/=^确定安全停止距离；其中，1为安 2a 全停止距离，v为所述无人机的最大飞行速度，a为所述无人机减速时旋翼推力提供的加速 度；
[0046] 根据所述无人机的外型规格和安全飞行距离，按照R=Ι+r确定安全飞行半径；其 中，R为安全飞行半径，r为所述无人机旋翼外接圆半径；
[0047] 根据所述安全飞行半径，构建障碍侦测范围，在前进方向水平面上形成一长方形 障碍侦测区域，按与无人机机体距离由近及远分为急停区、减速区、警示区及安全区，具体 可参考图4;
[0048] 激光发射头发出的直线光斑在前方竖直平面投影，形成预设形状的包络线区域， 包络线区域内形成激光网格，根据所述包络线区域，构成具有预设厚度和角度的饼状三维 监察区域，具体可参考图4,该三维监察区域以无人机飞行方向所在的水平面为界，其在水 平面以下部分较水平面以上部分窄，以减少地面干扰，以使无人机能够容忍一定的俯仰角， 并保持较远的障碍监察距离；
[0049] 激光发射头按照预定顺序及时间间隔，对三维监察区域进行扫描，收集三维监察 区域内障碍物信息。如图4所示，对于障碍物Z，激光发射头能够接收到编号为C、D、E、3、4、 5的光线的反馈信息；
[0050] 步骤102,根据采集到的立体场景信息，对所述无人机的前方进行障碍点侦测，确 定避障路径；
[0051] 具体地，根据采集到的三维监察区域内障碍物信息，计算障碍物所在区域，确定障 碍物的大小、方向及位置；根据所述无人机的运动状态以及障碍物所在区域与无人机的几 何关系，判断应对措施，确定避障路径。例如，如图4所示，对于障碍物Z，采集到的三维监察 区域内障碍物信息包括编号为C、D、E、3、4、5的光线的反馈信息；则根据该些障碍物信息， 确定由激光束B、F、2、6形成的四边形B6B2F2F6内部即为障碍物所在区域。
[0052] 步骤103,按照所述避障路径进行飞行。
[0053] 具体地，所述无人机按照所述避障路径，完成减速、急停或绕行等动作。
[0054]图2示出了本发明实施例提供的无人机避障方法具体实施例的实现流程图，如图 2所示，所述实施例为无人机应用本发明避障方法的完成飞