[发明专利]基于分布式地图的无人机视觉避障方法

摘要

本发明公开了一种基于分布式地图的无人机视觉避障方法，通过无人机和地面站的协作，构建分布式地图，用于视觉避障飞行。无人机通过融合IMU、VO、GPS实时位姿感知，当发现进入新的环境时，才生成新的环境地图；同时无人机接收地面站发送的飞行指令，通过改变四个电机的转速控制无人机飞行，实现视觉避障；地面站用于优化并存储无人机构建的环境地图、环境地图可视化；同时地面站还负责依据当前无人机的位姿和环境地图，规划一条安全的飞行路径，然后发送给无人机。本发明利用无人机和地面站的协作和分布式地图架构，对环境进行精确建模，适用于复杂环境下的无人机视觉避障。

主权项

1.一种基于分布式地图的无人机视觉避障方法，其特征在于包括以下步骤：(1)通过无人机上的传感器获得无人机当前的加速度、角速度以及视觉位姿数据，通过拓展卡尔曼滤波数据融合算法，获得无人机的当前位姿信息，当前位姿信息中包括无人机当前时刻的三维位置坐标以及俯仰角、滚转角、偏航角；(2)根据无人机当前的俯仰角、滚转角和偏航角，计算出当前时刻无人机的正前方方向矢量τ；根据无人机任意k时刻的俯仰角、滚转角和偏航角，计算出k时刻无人机的正前方方向矢量τk；计算两个方向矢量τ和τk的夹角θ，以及当前时刻无人机所处位置与k时刻所处位置之间的距离d；遍历k，如果找到一个k，同时满足||θ||≤θthred，d≤dthred，其中θthred为方向矢量夹角阈值，dthred为距离阈值，则判断该无人机重复到达了某区域，不需要再次采集该区域的地图数据；如果没有k同时满足以上条件，则判断无人机到达了新的区域或者无人机视角与之前在此位置的视角差别较大，无人机采集新的地图数据；(3)通过无人机前端的相机，获得当前时刻的RGB图和深度图，然后依据RGB图和深度图生成当前相机坐标系下的点云图，即相机坐标系下的新地图，并计算RGB图中各个像素点对应的点云在当前相机坐标系下的三维坐标数据；(4)无人机将当前的位姿信息x和RGB图中所有像素点对应的点云三维坐标数据发送给地面站后，由地面站的数据处理系统对点云三维坐标数据进行处理和优化，并存储在数据存储系统中；(5)地面站将世界坐标系下的三维空间分割为许多个相同规格的正方体网格，每个网格存储该区域内对应的环境地图，地面站的可视化程序提供一系列可视化接口将环境地图和无人机的飞行轨迹可视化，当有新地图数据生成时，可视化软件刷新显示对应网格内更新后的环境地图；(6)将环境地图转换为占据栅格地图，识别环境地图中的障碍物位置，然后通过A*算法规划飞行路径；(7)计算出飞行路径后，地面站通过无线网络将下一步飞行指令发送给无人机，无人机依据接收到的指令来计算飞行参数控制飞行，从而避开障碍物。