[发明专利]小型旋翼无人机自主避障飞行控制方法

摘要

本发明公开了小型旋翼无人机自主避障飞行控制方法，其控制系统包括自主飞行控制系统、地面站控制系统和人工紧急干预系统，所述自主飞行控制系统包括飞控计算机模块、障碍探测模块、导航定位模块、驱动控制模块、执行机构、姿态参考模块和无线通信链路模块，所述地面站控制系统包括无线数据传输链路模块和地面控制台，所述人工紧急干预系统包括遥控接收机和Futaba遥控器，并配有相应的小型旋翼无人机自主避障飞行控制方法。本发明把自主避障飞行控制系统分成三个部分，提供了一套集自主飞行控制系统、动态航迹规划系统和紧急情况处理进制于一体的完整的小型旋翼直升机自主避障控制系统，具有很强的飞行环境适应性和作业任务的通用性。

主权项

一种小型旋翼无人机自主避障飞行控制方法，其特征在于：其飞行控制方法采用的控制系统包括自主飞行控制系统、地面站控制系统和人工紧急干预系统，所述自主飞行控制系统包括飞控计算机模块、障碍探测模块、导航定位模块、驱动控制模块、执行机构、姿态参考模块和无线通信链路模块，所述地面站控制系统包括无线数据传输链路模块和地面控制台，所述人工紧急干预系统包括遥控接收机和Futaba遥控器，所述飞控计算机模块的定位信号输入端与所述导航定位模块的定位信号输出端连接，所述飞控计算机模块的探测端与所述障碍探测模块的信号输出端连接，所述飞控计算机模块的姿态信号输入端与所述姿态参考模块的姿态信号输出端连接，所述飞控计算机模块的控制信号输出端与所述驱动控制模块的信号输入端连接，所述驱动控制模块的控制信号输出端与所述执行机构的控制信号输入端连接，所述飞控计算机模块的通信端与所述无线通信链路模块的信号端连接，所述无线通信链路模块通过无线信号与所述无线数据传输链路模块实现信号传输，所述无线数据传输链路模块的信号端与所述地面控制台的通信端连接，所述飞控计算机模块的遥控端与所述遥控接收机的信号端连接，所述遥控接收机通过无线遥控信号与所述Futaba遥控器实现遥控信号传输，所述导航定位模块包括GPS和高度计；所述飞行控制方法具体包括以下步骤：A1、无人机从起点飞往终点，首先地面控制台根据内置的三维数字地图和已有的障碍信息数据建立飞行区域避障约束模型，再通过其航迹规划算法制定一条航迹路线，并通过无线数据传输链路模块传输至无人机的无线通信链路模块，无人机在飞行的过程中对飞行区域进行探测，如果航迹路线上未出现障碍物，则按照航迹路线飞行，如果航迹路线上出现障碍物，则转至步骤A2；A2、地面控制台通过无线通信接收到无人机探测到的障碍信息，地面控制台给无人机发出控制指令，使其悬停在当前点，并根据新探测到的障碍数据建立飞行区域避障约束模型，再通过航迹规划算法规划未来一段短时域内的安全航迹，并将其发送至无人机，无人机继续沿短时域航迹飞行，转至步骤A3；A3、无人机飞行至短时域航迹的终点时，无人机中的障碍探测模块持续对飞行区域内的障碍信息进行探测，如果碰撞风险未解除，则继续步骤A2，如果碰撞风险解除，则进行转至步骤A4；A4、碰撞风险解除后，地面控制台消除A2步骤中建立的避障约束，并重新规划出未来一段长时域内的安全航迹，并将其发送给无人机，转至步骤A5；A5、在飞行过程中障碍探测模块如果再次探测到障碍物，则重复步骤A2至A4，直至完成飞行任务；当无人机处于手动飞行状态时，此时的控制模式一定为手动模式，根据当前的状态和航迹控制指令做出如下响应：a、当姿态数据有效并且控制模式切换为自主模式时，无人机切换到姿态增稳飞行状态，悬停在当前位置；b、当姿态数据无效或者控制模式仍为手动模式时，保持当前手动飞行状态，根据地面紧急情况处置点的相关操作飞行；当无人机处于姿态增稳状态时，悬停在当前位置，此时控制模式为自主模式，根据当前的状态和航迹控制指令做出如下响应：a、当姿态数据无效或者控制模式切换为手动模式时，飞行状态切换到手动飞行状态；b、当所有传感器数据有效，航迹数据有效和自主飞行模式同时满足时，切换到自主飞行状态；c、当姿态数据有效，自主飞行模式有效，但是导航数据无效时，保持当前姿态增稳飞行状态，悬停在当前点；当无人机处于自主飞行状态时，根据航迹数据避障飞行，此时控制模式为自主模式，根据当前的状态和航迹指令做出如下响应：a、当航迹数据或者导航数据无效，飞行状态自动切换为姿态增稳状态；b、当所有传感器数据有效，航迹数据有效且为自主控制模式时，保持当前自主飞行状态，继续巡点避障飞行；c、当姿态数据或控制模式切换为手动模式时，切换为手动飞行状态进行人工手动飞行。