一种无人机避障方法及系统与流程

1.本发明涉及无人机避障技术领域，尤其涉及一种无人机避障方法及系统。


背景技术：

2.近年来，随着电子产业的飞速发展以及社会信息化的不断完善，这使得无人机已被广泛的应用于众多领域，然而由于无人机执行任务的复杂度越来越高以及室外环境的多发不确定因素，这导致人们对无人机的使用要求越来越高；所以，现代无人机的需求目标是实现更高水平的自主和稳定飞行；换而言之，提高无人机的安全性，降低其飞行失误率就显得格外重要，而不断完善的避障系统可以极大程度的降低因突发因素带来的损失和意外；因此，无人机避障技术成为了无人机智能化的关键和发展推动力；
3.目前，现有的无人机避障方法或系统主要通过单一方式进行无人机避障，例如：中国专利号cn107229284b公开了一种无人机避障装置和方法，该发明虽然通过采用点声源进行全方位发射声波，传感器阵列接收声波，避免了现有超声避障装置存在盲区的问题，但单一超声波避障方法仍存在较多弊端，难以针对动态障碍因素(如鸟类及其他无人机)进行紧急避障；目前无人机避障方法主要包括超声波避障、激光雷达避障、单目视觉避障和双目视觉避障等几种方法，虽然其各自在单一环境的都具有一定可用性；但面对越来越高的无人机飞行要求以及动静态不可确定因素；这让单一无人机避障方法难以面对，其无法实现多模式切换以面对复杂的飞行环境；为此，我们提出一种无人机避障方法及系统。


技术实现要素：

4.本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺陷，而提出的一种无人机避障方法及系统。
5.为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
6.一种无人机避障方法，该避障方法具体步骤如下：
7.无人机根据预设路径飞行，实时通过第一机载设备获取无人机的当前位置信息，同时通过第二机载设备和第三机载设备对所述无人机飞行方向及其他方向进行障碍物实时检测，获取障碍物第一时间差信息及相对坐标信息；
8.继所述障碍物第一时间差信息及相对坐标信息获取后，再通过所述第二机载设备和第三机载设备获取障碍物第二时间差信息及相对坐标信息和障碍物第三时间差信息及相对坐标信息；若未获取到第二时间差信息及相对坐标信息和障碍物第三时间差信息及相对坐标信息，则判断物体呈非线性运动，同时启动第四机载设备确定障碍物方位，重新获取其第一时间差信息及相对坐标信息、第二时间差信息及相对坐标信息和第三时间差信息及相对坐标信息；
9.根据第一时间差信息、第二时间差信息和第三时间差信息确定障碍物运动速度，根据第一相对坐标信息、第二相对坐标信息和第三相对坐标信息确定障碍物飞行路径；
10.获取无人机的当前位置信息，同时根据所述障碍物运动速度、障碍物飞行路径及
无人机的当前位置信息进行障碍物状态和碰撞判断，得到碰撞判断结果，并根据其确定飞行事件情况；
11.根据所述飞行事件情况启动对应事件处理模式，并根据所述对应事件处理模式控制所述无人机进行对应模式避障。
12.进一步地，所述第一机载设备具体为gps定位模块；第二机载设备具体为超声波传感器；所述第三机载设备具体为激光雷达。
13.进一步地，所述第四机载设备具体为双目视觉相机，所述第四机载设备在确定障碍物方位的同时还会采集障碍物形态体积信息。
14.进一步地，所述第一相对坐标信息、第二相对坐标信息和第三相对坐标信息基于所述无人机当前位置对障碍物进行推算得到。
15.进一步地，所述飞行事件情况包括动态紧急情况、动态一般情况和静态普遍情况；所述动态紧急情况、动态一般情况和静态普遍情况与事件处理模式一一对应，其分别为紧急处理模式、一般处理模式和常态化处理模式。
16.进一步地，所述紧急处理模式表明障碍物呈非线性运动，该模式下仅通过第二机载设备和第三机载设备向四周发送超声波和光脉冲，若某一方向无返回超声波和光脉冲，则根据障碍物形态体积信息向所述某一方向进行运动，该运动距离为障碍物体积的两倍。
17.进一步地，所述一般处理模式表明障碍物呈线性运动，该模式下则会先判断障碍物与无人机处于平行还是相交状态，若是处于相交状态，则通过控制无人机加速或减速，以实现避障；若是处于平行状态，则控制无人机向上或向下运动，以实现避障。
18.进一步地，所述常态化处理模式表明障碍物为静态状态且处于无人机飞行方向前方，该模式下则控制无人机向上或向下运动，以实现避障。
19.一种无人机避障系统，包括：
20.第一机载设备用于获取无人机的当前位置信息；
21.第二机载设备用于获取无人机飞行方向的第一时间差信息及相对坐标信息、第二时间差信息及相对坐标信息和第三时间差信息及相对坐标信息；
22.第三机载设备用于获取无人机其他方向的第一时间差信息及相对坐标信息、第二时间差信息及相对坐标信息和第三时间差信息及相对坐标信息；
23.第四机载设备用于确定障碍物方位及障碍物形态体积信息；
24.碰撞判断模块用于判断障碍物状态，并确定其与无人机是否存在碰撞结果；
25.模式选择处理模块用于根据所述碰撞判断模块的判断结果，启动紧急处理模式、一般处理模式和常态化处理模式中的对应一种，以实现对应模式下的无人机避障。
26.相比于现有技术，本发明的有益效果在于：
27.本技术公开了一种无人机避障方法及系统，其通过结合多种探测设备搭配使用，实现了对无人机的避障控制，其相较于现有的单一方式避障系统而言，本发明采用多种探测设备搭配使用不仅规避了单一设备的使用缺陷，且有利于应用于复杂飞行环境中；此外，本发明采用多模式对动态非线性运动障碍物、动态线性运动障碍物和静态障碍物分别进行处理控制，不仅提高了无人机在不可确定因素环境下的避障速度；而且提高了无人机在各种环境下的高可用性，进而有利于保证无人机在各种飞行环境的安全性。
附图说明
28.附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。
29.图1为本发明提出的一种无人机避障方法的整体流程图；
30.图2为本发明提出的一种无人机避障系统的整体结构示意图。
具体实施方式
31.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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
32.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
33.在一个实施例中，参照图1，提供了一种无人机避障方法，该避障方法具体步骤如下：
34.无人机根据预设路径飞行，实时通过第一机载设备获取无人机的当前位置信息，同时通过第二机载设备和第三机载设备对无人机飞行方向及其他方向进行障碍物实时检测，获取障碍物第一时间差信息及相对坐标信息；
35.具体的，该第一机载设备具体为gps定位模块；第二机载设备具体为超声波传感器；第三机载设备具体为激光雷达。
36.继障碍物第一时间差信息及相对坐标信息获取后，再通过第二机载设备和第三机载设备获取障碍物第二时间差信息及相对坐标信息和障碍物第三时间差信息及相对坐标信息；若未获取到第二时间差信息及相对坐标信息和障碍物第三时间差信息及相对坐标信息，则判断物体呈非线性运动，同时启动第四机载设备确定障碍物方位，重新获取其第一时间差信息及相对坐标信息、第二时间差信息及相对坐标信息和第三时间差信息及相对坐标信息；
37.具体的，该第四机载设备具体为双目视觉相机，第四机载设备在确定障碍物方位的同时还会采集障碍物形态体积信息；
38.具体的，该障碍物形态体积信息通过对双目视觉相机获取到的障碍物三维图像进行二值化化，之后对二值化后的障碍物三维图像进行边界划分，并对划分后的边界进行计算和比例换算得到。
39.根据第一时间差信息、第二时间差信息和第三时间差信息确定障碍物运动速度，根据第一相对坐标信息、第二相对坐标信息和第三相对坐标信息确定障碍物飞行路径；
40.具体的，该第一相对坐标信息、第二相对坐标信息和第三相对坐标信息基于无人机当前位置对障碍物进行推算得到。
41.获取无人机的当前位置信息，同时根据障碍物运动速度、障碍物飞行路径及无人机的当前位置信息进行障碍物状态和碰撞判断，得到碰撞判断结果，并根据其确定飞行事件情况；
42.根据飞行事件情况启动对应事件处理模式，并根据对应事件处理模式控制无人机
进行对应模式避障；
43.具体的，该飞行事件情况包括动态紧急情况、动态一般情况和静态普遍情况；动态紧急情况、动态一般情况和静态普遍情况与事件处理模式一一对应，其分别为紧急处理模式、一般处理模式和常态化处理模式。
44.在一个实施例中，通过紧急处理模式实现无人机避障，该紧急处理模式表明障碍物呈非线性运动，该模式下仅通过第二机载设备和第三机载设备向四周发送超声波和光脉冲，若某一方向无返回超声波和光脉冲，则根据障碍物形态体积信息向某一方向进行运动，该运动距离为障碍物体积的两倍。
45.在另一个实施例中，通过一般处理模式实现无人机避障，该一般处理模式表明障碍物呈线性运动，该模式下则会先判断障碍物与无人机处于平行还是相交状态，若是处于相交状态，则通过控制无人机加速或减速，以实现避障；若是处于平行状态，则控制无人机向上或向下运动，以实现避障。
46.在另一个实施例中，通过常态化处理模式实现无人机避障，该常态化处理模式表明障碍物为静态状态且处于无人机飞行方向前方，该模式下则控制无人机向上或向下运动，以实现避障。
47.在一个实施例中，参照图2，提供了一种无人机避障系统，包括：
48.第一机载设备用于获取无人机的当前位置信息；
49.第二机载设备用于获取无人机飞行方向的第一时间差信息及相对坐标信息、第二时间差信息及相对坐标信息和第三时间差信息及相对坐标信息；
50.第三机载设备用于获取无人机其他方向的第一时间差信息及相对坐标信息、第二时间差信息及相对坐标信息和第三时间差信息及相对坐标信息；
51.第四机载设备用于确定障碍物方位及障碍物形态体积信息；
52.碰撞判断模块用于判断障碍物状态，并确定其与无人机是否存在碰撞结果；
53.具体的，该障碍物状态包括动态非线性运动状态、动态线性运动状态和静态状态。
54.模式选择处理模块用于根据碰撞判断模块的判断结果，启动紧急处理模式、一般处理模式和常态化处理模式中的对应一种，以实现对应模式下的无人机避障。
55.以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。