路径规划的方法、装置、飞行控制系统、全方位避障系统与无人机制造方法及图纸

提供了一种路径规划的方法、装置、飞行控制系统、全方位避障系统与无人机。该方法包括：获取无人机与障碍物之间的距离；当该距离大于阈值时，采用局部路径规划方法确定该无人机的第一规划路径；当该距离小于或等于该阈值时，结合速度场方法与该局部路径规划方法确定该无人机的第二规划路径，该速度场方法在障碍物周围生成远离障碍物的速度场，从而能够使得无人机飞行过程中避开障碍物，保证无人机在整个飞行过程中的安全性。

Path planning method, device, flight control system, omnidirectional obstacle avoidance system and unmanned aerial vehicle (UAV)

A path planning method, device, flight control system, omnidirectional obstacle avoidance system and unmanned aerial vehicle (UAV) are presented. The method includes: obtaining between the UAV and the obstacle distance; when the distance is larger than the threshold, the local path planning method to determine the first UAV path planning; when the distance is less than or equal to the threshold value, combined with the velocity field method and the local path planning method to determine the UAV path planning second the velocity field, velocity field method to generate far away from obstacles around obstacles, thereby avoiding obstacles during the flight of UAV, ensure no safety during the entire flight of uav.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】路径规划的方法、装置、飞行控制系统、全方位避障系统与无人机版权申明本专利文件披露的内容包含受版权保护的材料。该版权为版权所有人所有。版权所有人不反对任何人复制专利与商标局的官方记录和档案中所存在的该专利文件或者该专利披露。
本专利技术实施例涉及路径规划领域，并且更具体地，涉及一种路径规划的方法、装置、飞行控制系统、全方位避障系统与无人机。
技术介绍
无人机路径规划的任务是在有障碍物的工作环境中寻找一条从给定起点到终点的适当的运动路径，使无人机在运动过程中能安全无碰撞的绕过障碍物。具体地，无人机路径规划主要解决三个问题：1)使无人机能够从初始点运动到目标点；2)用一定算法使无人机能绕开障碍物并且经过某些必须经过的点；3)在完成以上任务的前提下尽量优化无人机的运行轨迹。根据作业环境，无人机路径规划方案可分为两种：基于模型的全局路径规划，作业环境的全部信息已知，又称为静态或离线路径规划；基于传感器的局部路径规划，作业环境信息全部未知或部分未知，又称为动态或在线路径规划。局部路径规划指的是，无人机在移动过程中，根据传感器的信息来不断地、动态确定出自身在地图中的当前位置以及周围局部范围内的障碍物分布情况，并在此基础上，以最终到达目标点为目的，规划出一条局部最优路径。目前，应用最多的局部路径规划方法包括：栅格法和动态窗口法(DynamicWindowApproach，DWA)等。这些方法在应用中都存在不同的缺点。栅格法计算量较大，实时性太差。DWA主要是在速度空间中采样多组速度，并模拟无人机在这些速度下一定时间内的轨迹，在得到多组轨迹以后，对这多组轨迹进行评价，选取最优轨迹所对应的速度来驱动无人机运动。DWA搜索路径快速，可执行好，但是在驱动无人机运动的过程中可能会使无人机靠近障碍物，导致危险。因此，有必要提出一种简单可行的既能够实现使无人机从初始点运动到目标点，又可以实现无人机避开障碍物的路径规划方法，以保证无人机在整个飞行过程中的安全性。
技术实现思路
本专利技术实施例提供一种路径规划的方法、装置、飞行控制系统、全方位避障系统与无人机，能够使得无人机飞行过程中避开障碍物，从而保证无人机在整个飞行过程中的安全性。第一方面，提供一种路径规划的方法。所述方法包括：获取无人机与障碍物之间的距离；当所述距离大于阈值时，采用局部路径规划方法确定所述无人机的第一规划路径；当所述距离小于或等于所述阈值时，结合速度场方法与所述局部路径规划方法确定所述无人机的第二规划路径，所述速度场方法在障碍物周围生成远离障碍物的速度场，以使得所述无人机避开障碍物飞行。本专利技术实施例在无人机的路径规划过程中，当无人机与障碍物之间的距离大于阈值，采用局部路径规划方法确定无人机的规划路径；当无人机与障碍物之间的距离小于或等于阈值，结合局部路径规划方法与速度场方法共同确定规划路径，由于速度场方法会形成远离障碍物的速度场，因此，结合局部路径规划方法与速度场方法共同确定的规划路径能够使得无人机避开障碍物，从而实现安全飞行。因此，本专利技术实施例提供的路径规划的方法，能够使得无人机在运动中有效避开障碍物，从而提高无人机飞行的安全性。第二方面，提供一种路径规划的方法。所述方法包括：通过无人机上的环境感知系统，获取所述无人机与障碍物之间的距离，所述环境感知系统包括安装在所述无人机前向、后向与侧向的测距传感器；根据所述距离，确定所述无人机的规划路径，所述规划路径使得所述无人机避开障碍物。本专利技术实施例通过无人机上的全方位传感器信息(安装在所述无人机前向、后向与侧向的测距传感器的测量信息)获取无人机与障碍物之间的距离，并根据该距离确定无人机的规划路径，该规划路径能够使得无人机避开障碍物，从而能够实现无人机的全方位避障。第三方面，提供一种路径规划的装置。所述装置包括：获取模块，用于获取无人机与障碍物之间的距离；第一确定模块，用于当所述距离大于阈值时，采用局部路径规划方法确定所述无人机的第一规划路径；第二确定模块，用于当所述距离小于或等于所述阈值时，结合速度场方法与所述局部路径规划方法确定所述无人机的第二规划路径，所述速度场方法在障碍物周围生成远离障碍物的速度场。本专利技术实施例在无人机的路径规划过程中，当无人机与障碍物之间的距离大于阈值，采用局部路径规划方法确定无人机的规划路径；当无人机与障碍物之间的距离小于或等于阈值，结合局部路径规划方法与速度场方法共同确定规划路径，由于速度场方法会形成远离障碍物的速度场，因此，结合局部路径规划方法与速度场方法共同确定的规划路径能够使得无人机避开障碍物，从而实现安全飞行。因此，本专利技术实施例提供的路径规划的装置，能够使得无人机在运动中有效避开障碍物，从而提高无人机飞行的安全性。第四方面，提供一种飞行控制系统。所述飞行控制系统包括：存储器，用于存储程序；处理器，用于执行所述存储器存储的程序，当所述程序被执行时，所述处理器获取无人机与障碍物之间的距离；当所述距离大于阈值时，采用局部路径规划方法确定所述无人机的第一规划路径；当所述距离小于或等于所述阈值时，结合速度场方法与所述局部路径规划方法确定所述无人机的第二规划路径，所述速度场方法在障碍物周围生成远离障碍物的速度场。本专利技术实施例提供的飞行控制系统，能够使得无人机在运动中有效避开障碍物，从而提高无人机飞行的安全性。第五方面，提供一种全方位避障系统。所述全方位避障系统包括：环境感知系统，用于感知无人机与障碍物之间的距离，所述环境感知系统包括安装在无人机前向、后向与侧向的测距传感器；处理器，用于根据从所述环境感知系统获取的所述无人机与障碍物之间的距离，确定所述无人机的规划路径，所述规划路径使得所述无人机避开障碍物。本专利技术实施例通过无人机上的全方位传感器信息(安装在所述无人机前向、后向与侧向的测距传感器的测量信息)获取无人机与障碍物之间的距离，并根据该距离确定无人机的规划路径，该规划路径能够使得无人机避开障碍物，从而能够实现无人机的全方位避障。第六方面，提供一种无人机。所述无人机包括动力系统与第四方面提供的飞行控制系统，其中，所述飞行控制系统用于向所述动力系统发送指令，所述动力系统用于根据所述指令产生动力，使得所述无人机按照所述飞行控制系统确定的规划路径飞行。第七方面，提供一种无人机。所述无人机包括动力系统与第五方面提供的全方位避障系统，其中，所述全方位避障系统用于向所述动力系统发送指令，所述动力系统用于根据所述指令产生动力，使得所述无人机按照所述全方位避障系统确定的规划路径飞行。因此，本专利技术实施例能够使得无人机在飞行过程中避开障碍物，从而提高无人机在飞行过程中的安全性。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对本专利技术实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是根据本专利技术实施例的无人机的示意性架构图。图2是根据本专利技术实施例的路径规划的方法的示意性流程图。图3是根据本专利技术实施例的确定无人机速度的示意图。图4是根据本专利技术实施例的路径规划的方法的另一示意性流程图。图5是根据本专利技术实施例的路径规划的装置的示意性框图。图6是根据本专利技术实施例的飞行控制系统的示本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种路径规划的方法，其特征在于，包括：获取无人机与障碍物之间的距离；当所述距离大于阈值时，采用局部路径规划方法确定所述无人机的第一规划路径；当所述距离小于或等于所述阈值时，结合速度场方法与所述局部路径规划方法确定所述无人机的第二规划路径，所述速度场方法在障碍物周围生成远离障碍物的速度场。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种路径规划的方法，其特征在于，包括：获取无人机与障碍物之间的距离；当所述距离大于阈值时，采用局部路径规划方法确定所述无人机的第一规划路径；当所述距离小于或等于所述阈值时，结合速度场方法与所述局部路径规划方法确定所述无人机的第二规划路径，所述速度场方法在障碍物周围生成远离障碍物的速度场。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述局部路径规划方法为动态窗口法。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述结合速度场方法与所述局部路径规划方法确定所述无人机的第二规划路径，包括：根据所述距离获取第一速度，所述第一速度的方向为远离所述障碍物的方向，所述第一速度的大小根据所述距离确定；计算所述第一速度与第二速度的矢量和，获取第三速度，所述第二速度为根据所述动态窗口法确定的速度；根据所述第三速度确定所述第二规划路径。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述第一速度的方向为由所述障碍物指向所述无人机的方向。5.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其特征在于，所述获取无人机与障碍物之间的距离，包括：通过所述无人机上的环境感知系统，获取所述无人机与障碍物之间的距离，所述环境感知系统包括安装在所述无人机前向、后向与侧向中至少一个方向上的测距传感器。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述测距传感器包括下列传感器中的至少一种：双目视觉传感器、飞行时间TOF传感器、超声波测距传感器、激光测距传感器、红外测距传感器、雷达测距传感器与声呐传感器。7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，安装在所述无人机前向与后向的测距传感器均为双目视觉传感器，安装在所述无人机侧向的测距传感器为飞行时间TOF传感器。8.一种路径规划的方法，其特征在于，包括：通过无人机上的环境感知系统，获取所述无人机与障碍物之间的距离，所述环境感知系统包括安装在所述无人机前向、后向与侧向的测距传感器；根据所述距离，确定所述无人机的规划路径，所述规划路径使得所述无人机避开障碍物。9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述根据所述距离，确定所述无人机的规划路径，包括：当所述距离大于阈值时，采用局部路径规划方法确定所述无人机的第一规划路径；当所述距离小于或等于所述阈值时，结合速度场方法与所述局部路径规划方法确定所述无人机的第二规划路径，所述速度场方法在障碍物周围生成远离障碍物的速度场。10.根据权利要求8或9所述的方法，其特征在于，所述测距传感器包括下列传感器中的至少一种：双目视觉传感器、飞行时间TOF传感器、超声波测距传感器、激光测距传感器、红外测距传感器、雷达测距传感器与声呐传感器。11.根据权利要求8或9所述的方法，其特征在于，安装在所述无人机前向与后向的测距传感器为双目视觉传感器，安装在所述无人机侧向的测距传感器为TOF传感器。12.一种路径规划的装置，其特征在于，包括：获取模块，用于获取无人机与障碍物之间的距离；第一确定模块，用于当所述距离大于阈值时，采用局部路径规划方法确定所述无人机的第一规划路径；第二确定模块，用于当所述距离小于或等于所述阈值时，结合速度场方法与所述局部路径规划方法确定所述无人机的第二规划路径，所述速度场方法在障碍物周围生成远离障碍物的速度场。13.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，所述局部路径规划方法为动态窗口法。14.根据权利要求13所述的装置，其特征在于，所述第二确定模块具体用于，根据所述距离获取第一速度，所述第一速度的方向为远离所述障碍物的方向，所述第一速度的大小根据所述距离确定；计算所述第一速度与第二速度的矢量和，获取第三速度，所述第二速度为根据所述动态窗口法确定的速度；根据所述第三速度确定所述第二规划路径。15.根据权利要求14所述的装置，其特征在于，所述第一速度的方向为由所述障碍物指向所述无人机的方向。16.根据权利要求12-15中任一项所述的装置，其特征在于，所述获取模块具体用于，通过所述无人机上的环境感知系统，获取所述无人机与障碍物之间的距离，所述环境感知系统包括安装在所述无人机前向、后向与侧向中至少一...

【专利技术属性】
技术研发人员：钱杰，刘昂，周游，赵丛，
申请(专利权)人：深圳市大疆创新科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44