[发明专利]一种无人机场旋翼飞行器实现自主避障的方法及系统

权利要求书

1.一种无人机场旋翼飞行器实现自主避障的方法，其特征在于，包括以下步骤：

在无人机上设置若干个避障传感器，用于测量与障碍物的距离；

通过飞行器飞行控制系统设置旋翼飞行器的避障距离；

基于避障传感器的探测距离和避障距离，计算无人机期望速度；

在通过期望速度得到期望加速度，再通过小扰动假设得到期望的姿态倾角，进而姿态控制器实现对旋翼飞行器的控制。

2.根据权利要求1所述的一种无人机场旋翼飞行器实现自主避障的方法，其特征在于，避障传感器包括前、后、左、右四个方向的避障传感器。

3.根据权利要求1所述的一种无人机场旋翼飞行器实现自主避障的方法，其特征在于，避障传感器通过CAN总线与飞行器飞行控制系统进行交互。

4.根据权利要求1所述的一种无人机场旋翼飞行器实现自主避障的方法，其特征在于，设置避障距离满足：通过地面站软件设置的无人机的避障距离为d，d≤max_detect_dist；

其中max_detect_dist表示避障传感器所能探测的最大距离。

5.根据权利要求1所述的一种无人机场旋翼飞行器实现自主避障的方法，其特征在于，假避障传感器实时探测的距离障碍物的距离为d_rt，执行如下步骤：

计算当前避障传感器探测的距离d_rt与通过地面站软件设置的避障距离d之间的差值δd；即

δd＝d_rt-d通过δd计算旋翼飞行器的最大期望速度：

通过非线性误差控制率计算最大期望速度。

6.根据权利要求5所述的一种无人机场旋翼飞行器实现自主避障的方法，其特征在于，计算最大期望速度需要如下三个参数：

当前避障传感器探测的距离d_rt与设置通过地面站软件设置的避障距离d之间的差值δd；

比例系数K_p；

旋翼飞行器加速度a，a≤a_max，a_max表示旋翼飞行器所能达到的最大加速度；

如上所示期望距离为d，v_t表示垂直方向速度，当前距离为d_rt，距离误差为δd：

δd＝d_rt-d 1-1

误差的微分为：

定义期望速度计算如下：

通过在连接处连续并可微，有如下式子成立：

7.根据权利要求5所述的一种无人机场旋翼飞行器实现自主避障的方法，其特征在于，在得到基于避障传感器的期望速度后，通过设计速度环控制器得到期望加速度，再通过小扰动假设得到期望的姿态倾角：

设期望加速度为a_t，v_t为得到期望速度，v为当前速度，Δv为速度误差，通过使用PID控制器进行得到速度环控制率：

上式中k_pv为比例项系数，k_iv为积分项系数，k_dv为微分项系数，为积分运算操作符，s为微分运算操作符；

在获取期望加速度a_t后，通过小扰动假设即可得到期望的姿态倾角。

8.一种无人机场旋翼飞行器实现自主避障的系统，其特征在于，包括：

传感器模块，用于在无人机上设置若干个避障传感器，用于测量与障碍物的距离；

避障距离设置模块，用于通过飞行器飞行控制系统设置旋翼飞行器的避障距离；

期望速度计算模块，用于基于避障传感器的探测距离和避障距离，计算无人机期望速度；

姿态控制模块，用于在通过期望速度得到期望加速度，再通过小扰动假设得到期望的姿态倾角，进而姿态控制器实现对旋翼飞行器的控制。