一种应用于无人机的避障系统及其操控方法与流程

本发明涉及自控技术领域，尤其涉及一种应用于无人机的避障系统及其操控方法。

背景技术：

无人机在城市高层火灾现场的侦查、救援任务中具有很强的优势。由于火灾现场处于高温恶劣环境且多变，为了保证消防无人机正常的工作，必须保证消防无人机能够根据现场现场温度变化快速做出反应以免造成无人机系统损坏。常规的避障系统多采用图像采集传感器、超声波传感器等结合无人机规划算法，如动态规划法、voronoi图算法、益群算法、遗传算法等使得无人机能够规避障碍物自主规划航线。但其未考虑火场高温多变恶劣环境，以及突发性爆炸所产生的高温气流对消防无人机系统造成恶性影响的问题。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术中的缺陷，提供了一种应用于无人机的避障系统及其操控方法，使得消防无人机在高空作业的状态下，能够应对火场突发状况，适应环境变化，降低恶劣环境对无人机系统的影响。有效的保障了无人机系统安全。

本发明提供一种应用于无人机的避障系统，其改进之处在于：所述系统包括红外热成像仪、云台机构、gps模块和mcu控制模块；

所述红外热成像仪装载在所述云台机构上，显示用于热源测距的热红外图像以及无人机周边的温度信息，若检测到高温环境，传给所述mcu控制模块，所述mcu控制模块通过所述gps模块对无人机周边的热源进行定位，获取热源位置和无人机位置间的距离信息，通过与安全距离判断，发送重构控制信号到无人机的飞行控制器，所述飞行控制器根据控制信号选择飞行方向，实现无人机在高温环境中避高温功能。

其中，所述飞行控制器采用异构双余度惯性测量单元作为核心传感器设备。

其中，所述云台机构配有摄像头，用于将所述无人机周边的环境传回所述mcu控制模块。

其中，所述mcu控制模块包括存储模块、安全位置判断模块和显示模块；

所述存储模块用于将红外热成像仪显示的高温环境的图像进行存储；

所述安全位置判断模块用于判断所述热源位置和无人机位置间的距离信息是否小于所述安全距离；

所述显示模块用于将云台机构上摄像头传回的图像进行显示。

其中，所述mcu控制模块包括stm32单片机。

本发明基于上述无人机的避障系统的操控方法，其改进之处在于：包括如权利要求1-5任一项所述的避障系统，操控方法包括如下步骤：

(1)所述红外热成像仪装载在所述云台机构上；

(2)所述红外热成像仪显示用于热源测距的热红外图像和无人机周边的温度信息，判断是否有高温环境，若有则进行下一步，否则继续拍摄；

(3)所述红外热成像仪将高温环境的图像信息和温度信息传给所述mcu控制模块；

(4)所述mcu控制模块通过所述gps模块对无人机周边的热源进行定位，获取热源位置和无人机位置间的距离信息；

(5)所述mcu控制模块将热源位置和无人机位置间的距离与安全距离判断，发送重构控制信号到所述飞行控制器；

(6)所述飞行控制器根据控制信号选择飞行方向。

其中，控制信号包括油门信号和方向信号。

其中，步骤(5)所述发送重构控制信号包括：

若所述热源位置和无人机位置的距离小于安全距离，则发送向所述热源位置反方向飞行信号；

若所述热源位置和无人机位置的距离不小于安全距离，则继续发出原始信号。

其中，若所述热源位置和无人机位置的距离小于安全距离，且所述无人机周边的温度超过设定承受的极限温度值或所述无人机周边的温度急剧升高时，发送向所述热源位置反方向飞行信号和油门信号。

实施本发明的，具有以下有益效果：

本发明热传感系统与坐标定位系统结合，能使得无人机快速找到热源位置。

本发明将传统避障系统路径规划系统与热源检测相结合，能使无人机与热源保持安全距离。

本发明测温系统与避障系统信息融合处理，能都应对火场突发状况。使无人机躲避周边温度突然升高，保障无人机系统安全。

本发明采用a*搜索法，保障无人机快速应对突发状况。

本发明使得无人机在高空作业的状态下，能够应对火场突发状况，适应环境变化，降低恶劣环境对无人机系统的影响。有效的保障无人机系统安全。

附图说明

图1是本发明实施例的系统示意图；

图2是本发明实施例的操控方法流程图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本实施例提供的一种应用于无人机的避障系统，示意图如图1所示，该系统包括红外热成像仪、云台机构、gps模块和mcu控制模块；

所述红外热成像仪装载在所述云台机构上，显示用于热源测距的热红外图像以及无人机周边的温度信息，若检测到高温环境，传给所述mcu控制模块，所述mcu控制模块通过所述gps模块对无人机周边的热源进行定位，获取热源位置和无人机位置间的距离信息，通过与安全距离判断，发送重构控制信号到无人机的飞行控制器，所述飞行控制器根据控制信号选择飞行方向，实现无人机在高温环境中避高温功能。

优选的，本实施例将云台机构上配置摄像头，用于将所述无人机周边的环境传回所述mcu控制模块，实现用户可以实时观看。

优选的，本实施例的飞行控制器采用异构双余度惯性测量单元(imu)作为核心传感器设备，实现当主imu出现异常时，无缝切换到备份imu。

具体的，本实施例mcu控制模块包括存储模块、安全位置判断模块和显示模块；存储模块用于将红外热成像仪显示的高温环境的图像进行存储；安全位置判断模块用于判断所述热源位置和无人机位置间的距离信息是否小于所述安全距离；显示模块用于将云台机构上摄像头传回的图像进行显示。本实施例的mcu控制模块包括stm32单片机，也可通过fpga芯片实现。

对应的，本实施例提出的一种应用于无人机的避障系统的操控方法，其流程图如图2所示，具体包括如下步骤：

(1)所述红外热成像仪装载在所述云台机构上；

(2)所述红外热成像仪显示用于热源测距的热红外图像以及无人机周边的温度信息，判断是否有高温环境，若有则进行下一步，否则继续拍摄；本实施例所述的无人机周边，是指以无人机为中心，在半径为t米的距离范围内，t值由用户确定；

(3)所述红外热成像仪将高温环境的图像信息和温度信息传给所述mcu控制模块；

(4)所述mcu控制模块通过所述gps模块对无人机周边的热源进行定位，获取热源位置和无人机位置间的距离信息；

(5)所述mcu控制模块将热源位置和无人机位置间的距离与安全距离判断，发送重构的控制信号到所述飞行控制器，具体为：若所述热源位置和无人机位置的距离小于安全距离，则发送向所述热源位置反方向飞行信号；若所述热源位置和无人机位置的距离不小于安全距离，则继续发出原始信号。若所述热源位置和无人机位置的距离小于安全距离，且红外热成像仪显示的所述无人机周边的温度超过设定承受的极限温度值或所述无人机周边的温度急剧升高时，发送向所述热源位置反方向飞行信号和油门信号。具体的，mcu控制模块发送重构的控制信号，实现步骤包括：

1)在openlist表中加入无人机起始位置；

2)从openlist表中选区f值最小的节点作为当前位置，当前位置节点加入到closedlist表的同时删除其在openlist表中的记录；

针对当前位置的所有邻接区域的操作：

(a)若该区域在closedlist表或高温环境的区域，就跳过该区域，否则转向(b)；

(b)若该区域不在openlist表中，则加入；并且使其父指针指向该位置；

(c)若openlist表中已有该区域，首先计算累加值g，即(该区域到当前位置)，若该g值比原来的g值小，则该路径满足条件，修改其父指针指向(即指向当前位置)，同时重新获得新的f和g值，那么openlist表f值进行重新排序；

3)在搜索过程中，在满足下列条件任何一个时，停止搜索：目标位置已被加入到closelist表，即避开高温环境最短路径已经找到；若openlist表已空且没有找到目标位置，即结束，无可行路径。

4)保存搜索路径的轨迹，通过父指针由目标区域回到起始位置。

(6)所述飞行控制器根据控制信号选择飞行方向。

本实施例还可以将红外热成像仪处增加多方位温度传感器后，将更高效、快速、准确的使无人机躲避突发状况。

需要注意的是，本实施例的高温环境是指温度大于120℃的环境，本实施例的无人机周边的温度急剧升高，是指五秒内温度升高45℃的情况。

综上所述，本发明将采用红外热成像仪显示最近热源距离。通过设定无人机与热源安全距离，当无人机与最近热源的距离小于安全距离时，通过结合无人机避障快速避障方法使得无人机能与热源保持安全距离。本发明的实施将有利于避免无人机系统受到高温影响导致系统失效。且本发明一方面可以应用于消防无人机，另一方面可以应用于各领域无人机，躲避高温热源。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。