一种多旋翼无人机飞行控制方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及一种多旋翼无人机飞行控制方法，包括：当通过超声波检测到多旋翼无人机飞行前方有障碍物时，采集障碍物的第一图像，并实时采集障碍物的位置信息；根据第一图像、位置信息、预设的采集参数信息和多旋翼无人机的可穿越空间尺寸，确定多旋翼无人机的飞行方式，飞行方式包括展开支架向前飞行、收起支架向前飞行和返航；根据飞行方式，控制多旋翼无人机的飞行。本发明专利技术通过图像识别实现对障碍物中狭小空间的识别以及通过飞行控制实现多旋翼无人机在狭小空间的平稳穿行，无需缩小多旋翼无人机的体积，提高了多旋翼无人机的续航能力。

A flight control method and system for multi rotor unmanned aerial vehicle

The invention relates to a method for flight control, multi rotor UAV includes: when detected by the ultrasonic multi rotor UAV flying in front of the obstacle, the first image acquisition obstacle, and position information real-time obstacle; according to the first image, location information, collecting information and default parameters of multi rotor UAV the crossing space size, determine the multi rotor UAV flight mode, flight mode including support bracket up forward flight and return in forward flight, according to the flight control mode; multi rotor UAV flight. The invention realizes the identification of narrow space in obstacles by image recognition, and achieves the smooth passage of multi rotor UAV in narrow space through flight control, and does not need to reduce the volume of multi rotor UAV, and improves the endurance of multi rotor UAV.

【技术实现步骤摘要】
一种多旋翼无人机飞行控制方法及系统
本专利技术涉及无人机飞行控制
，特别涉及一种多旋翼无人机飞行控制方法及系统。
技术介绍
随着我国低空空域的全面开放，国内多旋翼无人机产业进入了高速发展的时期。由于其具有制作成本低廉、操作使用简单和运行安全稳定等特点，被广泛应用于军事、民事和科学研究等多个领域。特别的，多旋翼无人机具有体积小、垂直起降、空中悬停、全方向飞行等优点，可在空中简单而有效地获取更加全面的地面信息，而且其位置的切换和固定简单易行，并可搭载一定量的物品，因此被广泛运用于抗震救灾、地势勘测以及摄影航拍等方面。因此，多旋翼无人机正逐步向高效、多功能化方向发展。当多旋翼无人机在空中执行任务的过程中遇到障碍时，一般是选择躲避，但是对于某些特殊环境(如室内飞行、山洞图像采集)，可能需要穿越狭小空间，即多旋翼无人机不能躲避飞行。一般无人机携带支架，因为如果不携带支架，多旋翼无人机降落时由于缺少缓冲作用易使其损坏并减少其使用寿命，但无人机随机携带的支架使其难以穿越狭小空间，这样就产生了矛盾。目前，为了有效地促进多旋翼无人机在狭小空间作业，大部分的解决方案是缩减多旋翼无人机体积，设计微型飞行器。但是，如果利用缩减后的无人机在狭小空间里作业，需要缩小电池容量，其工作时间也随之减少，且微型多旋翼无人机自身体积小，无法携带所需要的传感器进行工作，缺少传感器会影响多旋翼无人机实时控制和决策，从而使飞行可靠性降低。
技术实现思路
本专利技术提供了一种多旋翼无人机飞行控制方法及系统，实现对障碍物中狭小空间的识别以及多旋翼无人机在狭小空间的平稳穿行，以解决或部分解决上述技术问题。本专利技术解决上述技术问题的技术方案如下：一种多旋翼无人机飞行控制方法，包括以下步骤：步骤1、当通过超声波检测到多旋翼无人机飞行前方有障碍物时，采集所述障碍物的第一图像，并实时采集所述障碍物的位置信息；步骤2、根据所述第一图像、所述位置信息、预设的采集参数信息和所述多旋翼无人机的可穿越空间尺寸，确定所述多旋翼无人机的飞行方式，所述飞行方式包括展开支架向前飞行、收起支架向前飞行和返航；步骤3、根据所述飞行方式，控制所述多旋翼无人机的飞行。本专利技术的有益效果是：通过超声波检测前方是否有障碍物，如果有，对障碍物进行拍照，得到障碍物的图像信息，同时通过超声波检测到障碍物距离超声波探测源的水平距离。根据图像信息、水平距离、预设的采集图像的参数信息和预设的多旋翼无人机的可穿越空间尺寸，计算障碍物中的狭小空间的尺寸并确定无人机的飞行方式，从而控制无人机支架的展开和收起，使无人机穿过障碍物中的狭小空间或返航。本专利技术通过图像识别实现对障碍物中狭小空间的识别以及通过飞行控制实现多旋翼无人机在狭小空间的平稳穿行，提高了多旋翼无人机的工作效率，并且由于本方案无需缩小多旋翼无人机的体积，其可以携带容量较大的电池和工作所需要的传感器，提高了多旋翼无人机的续航能力。在上述技术方案的基础上，本专利技术还可以做如下改进。进一步，所述步骤1包括：当通过超声波实时检测到多旋翼无人机飞行前方的预设范围内有障碍物时，采集所述障碍物的第一图像，并实时采集所述障碍物的位置信息。本专利技术的进一步有益效果：通过超声波实时检测多旋翼无人机飞行前方预设范围内是否有障碍物，安全可靠，且检测成本低。进一步，所述步骤2包括：步骤2.1、对所述第一图像进行二值化处理，得到第二图像；步骤2.2、确定所述第二图像内灰度值大于预设灰度值的像素点的数量以及所述像素点构成的可穿行区域；步骤2.3、判断所述数量是否大于预设值；步骤2.4、若是，执行步骤2.5，若否，控制所述多旋翼无人机返航；步骤2.5、根据所述位置信息和所述采集参数信息，计算所述可穿行区域的实际尺寸；步骤2.6、根据所述实际尺寸和所述可穿越空间尺寸，确定所述多旋翼无人机的飞行方式；其中，所述位置信息为所述障碍物和摄像装置上的摄像镜头之间的水平距离，所述采集参数信息包括：所述摄像镜头和所述可穿行区域投影在所述摄像装置上的感光区域之间的距离，以及所述感光区域的边界点位置信息。本专利技术的进一步有益效果是：先通过二值化的图像，初步判断障碍物是否可穿过障碍物，如果通过初步判断无人机不可穿过，则控制无人机返航，如果初步判断无人机可穿过障碍物，则再对障碍物中的狭小空间(可穿行区域)的实际尺寸进行计算，可以实现无人机的高效控制。另外，根据狭小空间的实际尺寸和预设的无人机可穿越空间尺寸，以确定无人机的飞行方式，从而通过图像识别实现对障碍物中狭小空间的识别。进一步，所述可穿越空间尺寸包括第一尺寸和第二尺寸；所述第一尺寸为：垂直高度大于第一多旋翼无人机高度的1.5倍且小于所述第一多旋翼无人机高度的3倍，以及水平距离大于第一多旋翼无人机宽度的1.3倍，其中，所述第一多旋翼无人机高度为所述多旋翼无人机的支架展开时的高度，所述第一多旋翼无人机宽度为所述多旋翼无人机的支架展开时的宽度；所述第二尺寸为：垂直高度大于第二多旋翼无人机高度的1.5倍且小于所述第二多旋翼无人机高度的3倍，以及水平距离大于第二多旋翼无人机宽度的1.3倍，其中，所述第二多旋翼无人机高度为所述多旋翼无人机的支架收起时的高度，所述第二多旋翼无人机宽度为所述多旋翼无人机的支架收起时的宽度。进一步，所述步骤2.6包括：判断所述实际尺寸是否大于所述第一尺寸；若是，确定所述多旋翼无人机的飞行方式为展开支架向前飞行，若否，判断所述实际尺寸是否大于所述第二尺寸；若是，确定所述多旋翼无人机的飞行方式为收起支架向前飞行，如否，确定所述多旋翼无人机的飞行方式为返航。本专利技术的进一步有益效果是：通过对比狭小空间的实际尺寸和预设的无人机可穿越空间尺寸，以确定无人机收起支架飞行、展开支架飞行还是返航，从而通过飞行控制实现多旋翼无人机在狭小空间的平稳穿行。为解决本专利技术的技术问题，还提供了一种多旋翼无人机飞行控制系统，包括：超声波检测仪，通过超声波实时检测多旋翼无人机前方预设距离处是否有障碍物，若有，向摄像装置发送图像采集指令，并实时采集所述障碍物的位置信息并发送至处理器；所述摄像装置，用于接收所述图像采集指令，根据所述图像采集指令，采集所述障碍物的第一图像，并将所述第一图像发送至所述处理器；所述处理器，用于接收所述位置信息和所述第一图像，并根据所述位置信息、所述第一图像、预设的采集参数信息和所述多旋翼无人机的可穿越空间尺寸，确定所述多旋翼无人机的飞行方式，所述飞行方式包括展开支架向前飞行、收起支架向前飞行和返航；控制器，用于根据所述处理器确定的所述飞行方式，控制所述多旋翼无人机的飞行。本专利技术的有益效果是：通过摄像装置及超声波检测仪判别狭小空间的实际尺寸，判断多旋翼无人机能否通过狭小空间，从而通过控制支架的升降，使多旋翼无人机穿过狭小空间或者选择返航。这样就能在摄像装置采集到的障碍物中的狭小空间较小时系统也能选择最优方案，从而使多旋翼无人机高效工作。并且由于本方案无需缩小多旋翼无人机的体积，其可以携带容量较大的电池和工作所需要的传感器，提高了多旋翼无人机的续航能力。进一步，所述超声波检测仪具体用于：通过超声波实时检测多旋翼无人机飞行前方的预设范围内是否有障碍物，若有，向摄像装置发送图像采集指令，并实时采集所述障碍物的位置信息。进一步，所述处理器具体用于：本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多旋翼无人机飞行控制方法，其特征在于，包括：步骤1、当通过超声波检测到多旋翼无人机飞行前方有障碍物时，采集所述障碍物的第一图像，并实时采集所述障碍物的位置信息；步骤2、根据所述第一图像、所述位置信息、预设的采集参数信息和所述多旋翼无人机的可穿越空间尺寸，确定所述多旋翼无人机的飞行方式，所述飞行方式包括展开支架向前飞行、收起支架向前飞行和返航；步骤3、根据所述飞行方式，控制所述多旋翼无人机飞行。

【技术特征摘要】
1.一种多旋翼无人机飞行控制方法，其特征在于，包括：步骤1、当通过超声波检测到多旋翼无人机飞行前方有障碍物时，采集所述障碍物的第一图像，并实时采集所述障碍物的位置信息；步骤2、根据所述第一图像、所述位置信息、预设的采集参数信息和所述多旋翼无人机的可穿越空间尺寸，确定所述多旋翼无人机的飞行方式，所述飞行方式包括展开支架向前飞行、收起支架向前飞行和返航；步骤3、根据所述飞行方式，控制所述多旋翼无人机飞行。2.根据权利要求1所述的一种多旋翼无人机飞行控制方法，其特征在于，所述步骤1包括：当通过超声波检测到多旋翼无人机飞行前方的预设范围内有障碍物时，采集所述障碍物的第一图像，并实时采集所述障碍物的位置信息。3.根据权利要求1所述的一种多旋翼无人机飞行控制方法，其特征在于，所述步骤2包括：步骤2.1、对所述第一图像进行二值化处理，得到第二图像；步骤2.2、确定所述第二图像中灰度值大于预设灰度值的像素点的数量以及所述像素点构成的可穿行区域；步骤2.3、判断所述数量是否大于预设值；步骤2.4、若是，执行步骤2.5，若否，控制所述多旋翼无人机返航；步骤2.5、根据所述位置信息和所述采集参数信息，计算所述可穿行区域的实际尺寸；步骤2.6、根据所述实际尺寸和所述可穿越空间尺寸，确定所述多旋翼无人机的飞行方式；其中，所述位置信息为所述障碍物和摄像装置上的摄像镜头之间的水平距离，所述采集参数信息包括：所述摄像镜头和所述可穿行区域投影在所述摄像装置上的感光区域之间的距离，以及所述感光区域的边界点位置信息。4.根据权利要求1至3任一项所述的一种多旋翼无人机飞行控制方法，其特征在于，所述可穿越空间尺寸包括第一尺寸和第二尺寸；所述第一尺寸为：垂直高度大于第一多旋翼无人机高度的1.5倍且小于所述第一多旋翼无人机高度的3倍，以及水平距离大于所述第一多旋翼无人机宽度的1.3倍，其中，所述第一多旋翼无人机高度为所述多旋翼无人机的支架展开时的高度，所述第一多旋翼无人机宽度为所述多旋翼无人机的支架展开时的宽度；所述第二尺寸为：垂直高度大于第二多旋翼无人机高度的1.5倍且小于所述第二多旋翼无人机高度的3倍，以及水平距离大于所述第二多旋翼无人机宽度的1.3倍，其中，所述第二多旋翼无人机高度为所述多旋翼无人机的支架收起时的高度，所述第二多旋翼无人机宽度为所述多旋翼无人机的支架收起时的宽度。5.根据权利要求4所述的一种多旋翼无人机飞行控制方法，其特征在于，所述步骤2.6包括：判断所述实际尺寸是否大于所述第一尺寸；若是，确定所述多旋翼无人机的飞行方式为展开支架向前飞行，若否，判断所述实际尺寸是否大于所述第二尺寸；若是，确定所述多旋翼无人机的飞行方式为收起支架向前飞行，如否，确定所述多旋翼无人机的飞行方式为返航。6.一种多旋翼无人机飞行控制系统，其特征在于，包括：超声波检测仪，用于通过超声波实时检测多旋翼无人机前方预设...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘振焘，吴敏，刘小波，胡江南，范业鑫，杨帆，
申请(专利权)人：中国地质大学武汉，
类型：发明
国别省市：湖北,42