[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

说明书

一种无人机场旋翼飞行器实现自主避障的方法及系统，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。本发明提出4向避障的安全策略，结合避障算法能有效的实现避障传感器在探测到前方障碍物后实现无人机的稳定悬停，避免无人机撞击障碍物，从而提高无人机的安全性。

技术领域

本发明属于无人机应用技术领域，特别涉及一种无人机场旋翼飞行器实现自主避障的方法及系统。

背景技术

随着科学技术的发展，旋翼无人飞行器得到了越来越大的发展。在军事领域如战场态势侦查，目标跟踪，微小目标打击等都有很到的应用。在民用领域无人机如航拍，安保，油气管道巡检，桥梁巡检，电力巡检等领域都有着广泛应用。由于无人机广泛的应用，那么对无人机的安全可靠性和稳定性都有着很高的要求，无人机经常工作在严苛的环境下，飞行过程中，无人机前方经常会遇到障碍物，如不能及时躲避障碍物或者在距离障碍物前方进行悬停，将会导致无人机的坠毁，严重威胁着无人机的飞行安全。

发明内容

本发明的目的在于提供一种无人机场旋翼飞行器实现自主避障的方法及系统，以解决上述问题。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种无人机场旋翼飞行器实现自主避障的方法，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。

进一步的，避障传感器包括前、后、左、右四个方向的避障传感器。

进一步的，避障传感器通过CAN总线与飞行器飞行控制系统进行交互。

进一步的，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。

进一步的，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。

进一步的，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：