无人机群的控制方法及系统的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种无人机群的控制方法及系统，其中方法包括以下步骤：通过每个无人机的数据采集设备获取每个无人机周围的视频图像获得无人机群的拓扑结构和环境点云分布；根据拓扑结构和飞行任务规划每个无人机的飞行路径；通过传感器获取每个无人机的飞行数据和相邻无人机之间的距离；以及通过飞行路径、环境点云分布、飞行数据和相邻无人机之间的距离建立供无人机群的每个无人机飞行的全局地图，并通过全局地图对无人机群的飞行进行控制。根据本发明实施例的方法，通过生成全局地图并根据障碍物和无人机的飞行数据对无人机进行控制，从而提高无人机之间的协同工作能力保证了任务的完成效率。
【专利说明】无人机群的控制方法及系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及无人机【技术领域】，特别涉及一种无人机群的控制方法及系统。
【背景技术】
[0002]无人机(Unmanned Aerial Vehicles, UAV)的研究在最近几年有了很大的进展,被广泛应用与民用方面的通信中继、气象探测、灾害监测、农药喷洒、地质勘测、地图测绘、交通管制以及军用方面的侦察、攻击和电子对抗。
[0003]由于无人机体积小、重量轻、易维修等优点得到了广泛的推广，也因此对无人机提出了新的要求。由于单个无人机的载荷有限，在应对广阔的任务区域以及单个无人机故障后将无法完成任务的不利因素，这就使得利用多个无人机间的协作以执行更为复杂任务的要求逐渐成为无人机研究的趋势。通过混合编队方式对编制多架无人机进行编队可执行不同或单一任务，以保证能够完成一个或多个任务。
[0004]现有的无人机群控制多是以地面站为中心，各无人机为节点的星行控制方式。当无人机与地面站之间的数据通信中断时会直接导致任务的失败，甚至会有坠机的危险。因此，现有方式不适用于执行复杂的任务。
【发明内容】
[0005]本发明的目的旨在至少解决上述的技术缺陷之一。
[0006]为此，本发明一方面提供一种无人机群的控制方法。
[0007]本发明的另一方面提出一种无人机群的控制系统。
[0008]有鉴于此，本发明一方面的实施例提出一种无人机群的控制方法，包括以下步骤:图像采集步骤，通过每个无人机的所述数据采集设备获取所述每个无人机周围的视频图像获得无人机群的拓扑结构和环境点云分布；路径规划步骤，根据所述拓扑结构和飞行任务规划每个无人机的飞行路径；数据获取步骤，通过传感器获取所述每个无人机的飞行数据和相邻无人机之间的距离；以及全局地图建立步骤，通过所述飞行路径、所述环境点云分布、所述飞行数据和所述相邻无人机之间的距离建立供所述无人机群的每个无人机飞行的全局地图，并通过所述全局地图对所述无人机群的飞行进行控制。
[0009]根据本发明实施例的方法，通过生成全局地图并根据障碍物和无人机的飞行数据对无人机进行控制，从而提高无人机之间的协同工作能力保证了任务的完成效率。
[0010]在本发明的一个实施例中，所述飞行数据包括飞行速度、飞行姿态角和飞行高度。
[0011]在本发明的一个实施例中，所述全局地图建立步骤具体包括:通过所述飞行路径、所述环境点云分布、所述飞行数据和所述相邻无人机之间的距离建立供所述无人机群的每个无人机飞行的全局地图；确定所述无人机群中每个无人机在所述全局地图中的位置、相邻无人机之间的距离、所述飞行高度和所述飞行姿态角；以及根据所述全局地图中障碍物的位置调整所述无人机群中对应无人机的所述飞行速度、所述飞行姿态角和飞行高度。
[0012]在本发明的一个实施例中，所述飞行姿态角通过如下公式表示，所述公式为，
【权利要求】
1.一种无人机群的控制方法，其特征在于，所述无人机群的每个无人机上设有传感器和数据采集设备，其控制过程包括以下步骤: 图像采集步骤，通过每个无人机的所述数据采集设备获取所述每个无人机周围的视频图像获得无人机群的拓扑结构和环境点云分布； 路径规划步骤，根据所述拓扑结构和飞行任务规划每个无人机的飞行路径； 数据获取步骤，通过传感器获取所述每个无人机的飞行数据和相邻无人机之间的距离；以及 全局地图建立步骤，通过所述飞行路径、所述环境点云分布、所述飞行数据和所述相邻无人机之间的距离建立供所述无人机群的每个无人机飞行的全局地图，并通过所述全局地图对所述无人机群的飞行进行控制。
2.如权利要求1所述的无人机群的控制方法，其特征在于，所述飞行数据包括飞行速度、飞行姿态角和飞行高度。
3.如权利要求1或2所述的无人机群的控制方法，其特征在于，所述全局地图建立步骤具体包括: 通过所述飞行路径、所述环境点云分布、所述飞行数据和所述相邻无人机之间的距离建立供所述无人机群的每个无人机飞行的全局地图； 确定所述无人机群中每个无人机在所述全局地图中的位置、相邻无人机之间的距离、所述飞行高度和所述飞行姿态角；以及 根据所述全局地图中障碍物的位置调整所述无人机群中对应无人机的所述飞行速度、所述飞行姿态角和飞行高度。
4.如权利要求3所述的无人机群的控制方法，其特征在于，所述飞行姿态角通过如下公式表示，所述公式为，
5.一种无人机群的控制系统，其特征在于，所述无人机群的每个无人机上设有传感器和数据采集设备，该系统包括: 图像采集模块，通过每个无人机的所述数据采集设备获取所述每个无人机周围的视频图像获得无人机群的拓扑结构和环境点云分布； 路径规划模块，根据所述拓扑结构和飞行任务规划每个无人机的飞行路径； 数据获取模块，通过传感器获取所述每个无人机的飞行数据和相邻无人机之间的距离；以及 建立模块，通过所述飞行路径、所述环境点云分布、所述飞行数据和所述相邻无人机之间的距离建立供所述无人机群的每个无人机飞行的全局地图，并通过所述全局地图对所述无人机群的飞行进行控制。
6.如权利要求5所述的无人机群的控制系统，其特征在于，所述飞行数据包括飞行速度、飞行姿态角和飞行高度。
7.如权利要求5或6所述的无人机群的控制系统，其特征在于，所述建立模块具体包括:地图生成单元，用于通过所述飞行路径、所述环境点云分布、所述飞行数据和所述相邻无人机之间的距离建立供所述无人机群的每个无人机飞行的全局地图；确定单元，用于确定所述无人机群中每个无人机在所述全局地图中的位置、相邻无人机之间的距离、所述飞行高度和所述飞行姿态角；以及调整单元，用于根据所述全局地图中障碍物的位置调整所述无人机群中对应无人机的所述飞行速度、所述飞行姿态角和飞行高度。
8.如权利要求7所述的无人机群的控制系统，其特征在于，所述飞行姿态角通过如下公式表示，所述公式为，
【文档编号】G05D1/10GK103941747SQ201410126759
【公开日】2014年7月23日 申请日期:2014年3月31日 优先权日:2014年3月31日
【发明者】戴琼海, 罗偲, 李一鹏 申请人:清华大学