[发明专利]一种基于最大内切圆圆心移动矢量的无人机自动避障方法

说明书

本发明提供一种基于最大内切圆圆心移动矢量的无人机自动避障方法，具体过程为：以无人机所处位置为原点，获取当前时刻无人机所处的无故障区域的内切圆的圆心；根据内切圆圆心位置，计算无人机斥力方向；根据圆心移动距离和斥力方向计算避障控制量，无人机飞控系统根据所述控制量进行控制。根据无人机和水平障碍物的具体位置关系，使用基于最大内切圆圆心移动矢量的路径规划进行自主避障。

技术领域

本发明属于无人机避障技术领域，特别涉及一种基于最大内切圆圆心移动矢量的无人机自动避障方法。

背景技术

多旋翼无人机具有体积小、重量轻、开发成本低、安全性好等优点，得到了许多机构和公司企业的广泛青睐。目前，多旋翼无人机被广泛应用在安防巡逻、电力巡视、植保、快递运送、灾害搜救等作业中。但是无人机在手动或者自动巡逻的过程中，随时会遇到障碍物，为了保证无人机和人员的安全，自主避障系统显得尤为重要。

目前主要采用的避障传感器为超声波或者视觉传感器，容易受环境的影响。相对于超声波和视觉，雷达可靠性和探测范围比较高，并且可实现360°检测障碍。人工势场法为目前最常用的局部路径规划算法，该算法将障碍物当作质点，忽略其环境信息，当环境较为复杂时，计算复杂度增加。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种基于最大内切圆圆心移动矢量的无人机自动避障方法，该方法能够快速实现无人机的自主避障，满足无人机控制的实时性要求。

实现本发明的技术方案如下：

一种基于最大内切圆圆心移动矢量的无人机自动避障方法，具体过程为：

以无人机所处位置为原点，获取当前时刻无人机所处的无故障区域的内切圆的圆心；

根据内切圆圆心位置，计算无人机斥力方向；

根据圆心移动距离和斥力方向计算避障控制量，无人机飞控系统根据所述控制量进行控制。

进一步地，本发明所述内切圆的圆心的获取过程为：

步骤一：无人机上雷达扫描无人机防御区域，获得区域中障碍物的角度和距离数据；

步骤二：将雷达获取的数据转换到栅格坐标系下，获得障碍物栅格地图；

步骤三：对障碍物栅格地图进行膨胀-腐蚀-膨胀处理，提取无人机周围无障碍物区域；

步骤四：计算所述无故障区域最大内切圆圆心。

进一步地，本发明所述步骤四的具体过程为：

(1)依据所提取区域边缘，计算初始圆心O′(x₀,y₀)；

x_j,y_j为所提取区域边缘数据点坐标

(2)寻找区域边缘上距离初始圆心O′最近的点Ps1，做内切圆；以O′和点Ps1连线，远离Ps1方向移动圆心，直至内切圆和区域边缘上第二个点Ps2相切；

(3)令内切圆的圆心沿着点Ps1、Ps2连线的垂直平分线的两边分别移动，寻找内切圆与区域边缘的接触点，选取圆心移动距离较大的一边所对应的接触点为点Ps3；

(4)将点Ps1、Ps2、Ps3三点所确定的圆的圆心作为区域内最大内切圆圆心(x_i,y_i)。

进一步地，本发明所述根据内切圆圆心位置，计算斥力方向；

斥力方向为

进一步地，本发明根据所述斥力方向和圆心移动距离计算出避障控制量为：