[发明专利]一种基于避障系统的消防无人机航迹规划方法

说明书

本发明涉及一种基于避障系统的消防无人机航迹规划方法，在无人机的前后左右四个方向设有超声波测距传感器，当测量距离不小于安全距离，则输出原始控制信号，飞行器按计划正常飞行；当发现无人机某一方向出现障碍物，判断即将碰撞，飞控系统将根据测量距离采取收油门、向障碍物反方向倾侧飞行等动作避开障碍物。本发明中所设计的避障算法同传统的局部避障规划算法(人工势场法、栅格法)相比较具有兼容性好，执行效率高的优点；基于超声波避障系统，采用A*搜索算法能够有效的降低机载控制器的计算量，并且能够保证无人机在突发情况下能够快速避障，并及时规划出新的航迹。

技术领域

本发明属于消防无人机领域，涉及一种基于避障系统的消防无人机航迹规划方法。

背景技术

无人机在城市高层建筑火灾的侦查、救援任务中具有很强的优势，为了能够快速准确的到达火灾现场，必须保证消防无人机能够以最少时间、燃料消耗以及环境威胁等条件飞往目的地，并能够保证无人机对突然出现的障碍物具有快速响应能力。

常规的无人机规划算法多采用动态规划法、A*搜索法、Voronoi图算法、人工势能法、蚁群算法、遗传算法等。它们之间各有优缺点，在一定条件下都能实现无人机的航迹规划，但是受复杂的飞行环境影响，无人机航迹规划问题的目标函数过于复杂，机载控制器需要处理大量的信息，在面临突发事件情况下，难以满足无人机避障系统的快速响应要求。

发明内容

要解决的技术问题

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种基于避障系统的消防无人机航迹规划方法，针对现有无人机航迹规划中存在的问题做出改进。

技术方案

一种基于避障系统的消防无人机航迹规划方法，其特征在于：在无人机的前后左右四个方向设有超声波测距传感器，无人机飞行过程中的规划步骤如下：

步骤1：在无人机起飞后，无人机按照规划路径进行飞行，同时四个超声波测距传感器监测前方飞行中的突现障碍物距离信息，以PWM波的形式输出给Arduino单片机；

步骤2：安全距离确定，安全距离在初始设定的安全距离基础上，根据当前无人机飞行速度进行调整：

所述安全距离＝初始安全距离+k₀×当前飞行速度；

系数k₀为正系数，值取值范围为0.001～0.005；

步骤3：判断测量距离是否为安全距离：当测量距离不小于安全距离，则输出原始控制信号，飞行器按计划正常飞行；

测量距离小于安全距离，则油门输出信号和方向输出信号分别重构：

油门输出信号＝原始油门控制信号-k₁×(安全距离-测量距离)

方向输出信号＝原始方向控制信号-k₂×(安全距离-测量距离)

系数k₁和k₂为正系数，物理意义为避障效果强度，即k₁和k₂值越大则避障的反应越强烈，k₁和k₂的取值范围为0.05～0.1；

当发现无人机某一方向出现障碍物，判断即将碰撞，飞控系统将根据测量距离采取收油门、向障碍物反方向倾侧飞行等动作避开障碍物；

所述规划路径的建立步骤：

步骤a1、建立起点至终点的原始数字地形；从中科院数据云中查找起点至终点数字地形数据，获取数字高程数据；在三维空间中构建单个高程值和它位于水平面的坐标x,y的对应的关系：

z1(x,y)＝f(x,y)