无人机的控制方法及系统技术方案

本发明专利技术提供一种无人机的控制方法及系统，方法包括以下步骤：扫描并生成飞行环境的栅格地图，根据栅格地图信息对飞行环境进行区域划界；根据栅格地图和区域划界结果，利用A*算法规划飞行路径；从规划的飞行路径中选取多个路径点，分别计算多个路径点与周围障碍物的最短距离；以及当对应路径点与障碍物的最短距离大于安全半径时，飞行器可沿该路径点飞行，当最短距离小于安全半径时，使用wall‐following算法规划飞行路径并飞行。根据本发明专利技术实施例的方法，根据地图信息对飞行环境进行区域划界，将A*算法与wall‐following算法相结合来规划飞行路径，提高了无人机自主飞行的效率和安全性，同时具有良好的扩展性。

【技术实现步骤摘要】
无人机的控制方法及系统
本专利技术涉及无人机
，特别涉及一种无人机的控制方法及系统。
技术介绍
无人机可通过配备外部传感器，并通过规划层算法，使无人机具备环境信息收集、建模，目标任务规划、分解、执行的能力。进而可在灾后搜救、基础设施监察等领域发挥着重要角色。无人机的导航是其中一个重要的组成部分。无人机的导航研究导是为了解决由Durrant-WhyteHF提出的三个关键问题：1)“现在何处？”，2)“去往何处？”，3)“如何去该处？”。按照应用场景又可将其细分为解决完全已知环境，部分已知环境和完全未知环境的导航问题。其中，完全已知环境下的路径规划已经取得了丰硕的研究成果，可视图法、栅格法等都能够高效的实现全局路径规划的要求。目前对部分未知和完全未知环境的导航是近年来的主要研究热点，而对部分未知和完全未知环境的导航主要采用人工势场法，模糊逻辑法，滚动窗口规划法等方式进行导航，而现有方式会使导航行为缺乏“预见性”，且单一的导航规划会出现局部卡死、陷于局部最小化和探索路径重复等问题。因此，无法根据环境的变化灵活切换路径规划方式，不利于完成复杂未知飞行环境的全面探索，大大增加了危险性。
技术实现思路
本专利技术的目的旨在至少解决上述的技术缺陷之一。为此，本专利技术一方面提供一种无人机的控制方法。本专利技术的另一方面提出一种无人机的控制系统。有鉴于此，本专利技术一方面的实施例提出一种无人机的控制方法，包括以下步骤：区域划界步骤，扫描并生成飞行环境的栅格地图，并根据所述栅格地图对所述飞行环境进行区域划界；路径规划步骤，根据所述栅格地图和区域划界结果，利用A*算法规划飞行路径；最短距离计算步骤，从规划的所述飞行路径中选取多个路径点，分别计算所述多个路径点与周围障碍物的最短距离；以及第一飞行步骤，当对应路径点与所述周围障碍物的最短距离大于安全半径时，所述无人机沿该路径点飞行。根据本专利技术实施例的方法，根据地图信息对飞行环境进行区域划界，将A*算法与wall-following算法相结合来规划飞行路径，提高了无人机自主飞行的效率和安全性，同时具有良好的扩展性。在本专利技术的一个实施例中，还包括：路径调整步骤，当所述对应路径点的最短距离小于所述安全半径时，通过wall-following算法调整该路径点及其之后的飞行路径，并确保调整后的路径点与周围障碍物的最短距离大于所述安全距离；以及第二飞行步骤，将调整后的多个路径点作为飞行路径进行飞行。在本专利技术的一个实施例中，所述区域划界步骤具体包括：根据所述飞行环境的深度信息生成所述飞行环境的栅格地图；根据所述栅格地图对所述栅格地图的每个栅格进行识别；以及根据识别结果将包含障碍物的邻接栅格相连以对所述飞行环境进行区域划界。在本专利技术的一个实施例中，路径规划步骤具体包括：根据当前位置、所述栅格地图和所述区域划界结果选定目标点；利用A*算法计算从所述当前位置到所述选定目标点的飞行路径。本专利技术另一方面的实施例提出了一种无人机的控制系统，包括：划界模块，用于生成飞行环境的栅格地图，并根据所述栅格地图对所述飞行环境进行区域划界；规划模块，用于根据所述栅格地图和区域划界结果，利用A*算法规划飞行路径；计算模块，用于从规划的所述飞行路径中选取多个路径点，并分别计算所述多个路径点与周围障碍物的最短距离；以及飞行模块，在对应路径点与所述周围障碍物的最短距离大于安全半径时，将该路径点作为飞行路径中的路径点进行飞行。根据本专利技术实施例的系统，根据地图信息对飞行环境进行区域划界，将A*算法与wall-following算法相结合来规划飞行路径，提高了无人机自主飞行的效率和安全性，同时具有良好的扩展性。在本专利技术的一个实施例中，还包括：调整模块，当所述对应路径点的最短距离小于所述安全半径时，通过wall-following算法调整该路径点及其之后的飞行路径，并确保调整后的路径点与所述周围障碍物的最短距离大于所述安全距离，将调整后的多个路径点作为飞行路径进行飞行。在本专利技术的一个实施例中，所述划界模块具体包括：生成单元，用于根据所述飞行环境的深度信息生成所述飞行环境的栅格地图；识别单元，用于根据所述栅格地图对所述栅格地图的每个栅格进行识别；以及划界单元，用于根据识别结果将包含障碍物的邻接栅格相连以对所述飞行环境进行区域划界。在本专利技术的一个实施例中，所述规划模块具体包括：确定单元，用于根据当前位置、所述栅格地图和所述区域划界结果选定目标点；以及规划单元，用于利用A*算法计算从所述当前位置到所述选定目标点的飞行路径。本专利技术附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。附图说明本专利技术上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中，图1为根据本专利技术一个实施例的无人机的控制方法的流程图；图2为根据本专利技术实施例的路径点可达行判断的示意图；图3为根据本专利技术实施例的路径规划示意图；以及图4为根据本专利技术实施例的无人机的控制系统的结构示意图。具体实施方式下面详细描述本专利技术的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。在本专利技术的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。在本专利技术的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本专利技术中的具体含义。图1为根据本专利技术一个实施例的无人机的控制方法的流程图。如图1所示，根据本专利技术实施例的无人机的控制方法，包括以下步骤：扫描并生成飞行环境的栅格地图，并根据栅格地图对飞行环境进行区域划界(步骤101)。根据栅格地图和区域划界结果，利用A*算法规划飞行路径(步骤103)。从规划的飞行路径中选取多个路径点，分别计算多个路径点与周围障碍物的最短距离(步骤105)。当对应路径点与周围障碍物的最短距离大于安全半径时，无人机沿该路径点飞行(步骤107)。根据本专利技术实施例的方法，根据地图信息对飞行环境进行区域划界，将A*算法与wall-following算法相结合来规划飞行路径，提高了无人机自主飞行的效率和安全性，同时具有良好的扩展性。在步骤101中，根据飞行环境的深度信息生成飞行环境的栅格地图。根据栅格地图对栅格地图的每个栅格进行识别。根据识别结果将包含障碍物的邻接栅格相连以对飞行环境进行区域划界。在本专利技术的一个实施例中，通过二维激本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种无人机的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：区域划界步骤，扫描并生成飞行环境的栅格地图，并根据所述栅格地图对所述飞行环境进行区域划界；路径规划步骤，根据所述栅格地图和区域划界结果，利用A*算法规划飞行路径；最短距离计算步骤，从规划的所述飞行路径中选取多个路径点，分别计算所述多个路径点与周围障碍物的最短距离；以及第一飞行步骤，当对应路径点与所述周围障碍物的最短距离大于安全半径时，所述无人机沿该路径点飞行。

【技术特征摘要】
1.一种无人机的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：区域划界步骤，扫描并生成飞行环境的栅格地图，并根据所述栅格地图对所述飞行环境进行区域划界；路径规划步骤，根据所述栅格地图和区域划界结果，利用A*算法规划飞行路径；最短距离计算步骤，从规划的所述飞行路径中选取多个路径点，分别计算所述多个路径点与周围障碍物的最短距离；第一飞行步骤，当对应路径点与所述周围障碍物的最短距离大于安全半径时，所述无人机沿该路径点飞行；路径调整步骤，当所述对应路径点的最短距离小于所述安全半径时，通过wall-following算法调整该路径点及其之后的飞行路径，并确保调整后的路径点与周围障碍物的最短距离大于所述安全半径；以及第二飞行步骤，将调整后的多个路径点作为飞行路径进行飞行。2.如权利要求1所述的无人机的控制方法，其特征在于，所述区域划界步骤具体包括：根据所述飞行环境的深度信息生成所述飞行环境的栅格地图；根据所述栅格地图对所述栅格地图的每个栅格进行识别；以及根据识别结果将包含障碍物的邻接栅格相连以对所述飞行环境进行区域划界。3.如权利要求1所述的无人机的控制方法，其特征在于，所述路径规划步骤具体包括：根据当前位置、所述栅格地图和所述区域划界结果选定目标点；利用A*算法计算从所述当前位置到所述选定目标点的飞行路径。4.一种无人机的控制系统，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：戴琼海，李一鹏，芦维宁，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京;11