无人机巡检的距离保持辅助控制方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种无人机巡检的距离保持辅助控制方法及装置，无人机的工作模式包括位置模式和辅助功能模式；所述位置模式为：飞手进行飞行操作，通过遥控器控制无人机；所述辅助功能模式为：在巡检工况时，无人机感知到墙面数据，设置好无人机需要与墙面保持的距离，飞手只需要控制无人机前进方向，通过计算得到的横滚速度和偏航速度，无人机自动沿着墙面进行运动实现巡检。本发明专利技术能够在沿墙面飞行的同时，与墙面保持一定的距离，不会出现吸墙情况，保证了巡检作业的稳定性。保证了巡检作业的稳定性。保证了巡检作业的稳定性。

【技术实现步骤摘要】
无人机巡检的距离保持辅助控制方法及装置


[0001]本专利技术涉及无人机巡检
，具体涉及一种无人机巡检的距离保持辅助控制方法及装置。

技术介绍

[0002]当前无人机进行巡检领域主要是有两种方案：一种是提前画好航线，使用飞机的自主航线功能，实现全自动巡检；另一种方式是通过飞手控制无人机手动操作，实现巡检。
[0003]前者的巡检工况对环境要求较高，需要环境确定且已知，因此具体操作十分受限。后者相对弱化了对环境因素的依赖，主要是通过飞手的观测，来确定如何控制飞机进行飞行。但两种方式同时也存在问题，前者对巡检工况要求较高，所以不能在狭窄场景下巡检；后者可以在狭窄场景下巡检，但是在面对狭窄场景或者需要沿墙巡检时，会受到墙面的反射，形成紊流风场，产生一个朝向墙面的侧吸力，对无人机的飞行产生影响，此时飞手在保证巡检质量的同时，还要对无人机进行矫正，对飞手飞行技术要求较高。

技术实现思路

[0004]针对现有技术中的上述不足，本专利技术提供的一种无人机巡检的距离保持辅助控制方法及装置解决了面对狭窄场景或者需要沿墙巡检时，对飞手飞行技术要求较高的问题。
[0005]为了达到上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案为：一种无人机巡检的距离保持辅助控制方法，其特征在于，无人机的工作模式包括位置模式和辅助功能模式；
[0006]所述位置模式为：飞手进行飞行操作，通过遥控器控制无人机；
[0007]所述辅助功能模式为：在巡检工况时，无人机感知到墙面数据，设置好无人机需要与墙面保持的距离，飞手只需要控制无人机前进方向，通过计算得到的横滚速度和偏航速度，无人机自动沿着墙面进行运动实现巡检。
[0008]一种无人机巡检的距离保持辅助控制方法，包括以下步骤：
[0009]S1、在巡检工况时，无人机获取点云数据，对点云数据进行滤波处理，得到无人机两侧的墙面点云；
[0010]S2、使用墙面点云进行多项式曲线拟合生成墙面轮廓，根据设定的距离间距，求取墙面轮廓的平行线得到飞行轨迹线；
[0011]S3、对飞行轨迹线进行更新，得到更新后的轨迹线；
[0012]S4、根据获取的遥控器摇杆数据，得到遥控器对无人机的控制速度，当控制速度为0时，获取无人机当前位置，控制无人机保持在当前位置悬停，并结束本流程，当控制速度不为0时，进入步骤S5；
[0013]S5、对更新后的轨迹线进行坐标变换，将无人机位置从全局坐标系转换到轨迹线的局部坐标系下；
[0014]S6、通过坐标变换后的横向位置偏差得到横滚方向的偏差，通过pid算法计算出横滚速度；通过坐标变换后的偏航角度和轨迹线斜率求取角度偏差，通过pid算法计算出偏航
速度；
[0015]S7、飞手控制无人机前进方向，控制算法通过横滚速度和偏航速度对无人机进行速度控制，无人机自动沿着拟合的墙面轮廓进行运动实现巡检。
[0016]进一步地：所述获取点云数据具体为：读取机载激光雷达LaserScan类型的点云数据，并将LaserScan类型的点云数据转换为PointCloud2类型。
[0017]进一步地：所述步骤S1中滤波处理具体为：首先使用限定区域滤波，结合无人机位置和方向，单独滤波出左侧墙面点云和右侧墙面点云，然后使用半径滤波，剔除左侧墙面点云和右侧墙面点云中的离群点，得到左侧墙面密集点云和右侧墙面密集点云，最后使用体素滤波，在不改变点云结构的情况下，将左侧墙面密集点云和右侧墙面密集点云滤波成相对稀疏的点云。
[0018]进一步地：所述步骤S3具体为：在获取到稳定的飞行轨迹线后直接进行轨迹更新，将多项式曲线拟合到的新的轨迹线替换旧的轨迹线，再设定一个更新时间，每隔一个更新时间就通过双重判断决定是否继续进行轨迹更新。
[0019]进一步地：所述双重判断具体为：一边判断无人机位置是否到达上次轨迹线末端，如果达到则进行轨迹更新；另一边，通过判断上次更新时间是否超出时间阈值，如果超出则进行轨迹更新。
[0020]进一步地：所述步骤S4中的控制速度计算方法为：接收遥控器摇杆数据并解析，只保留俯仰和高度方向杆量数据，通过标定过的速度和杆量的关系，反向计算出遥控器摇杆数据对应的遥控器对无人机的控制速度。
[0021]一种无人机巡检的距离保持辅助控制装置，包括感知模块和控制模块；
[0022]所述感知模块用于通过算法对传感器数据进行处理，实现对环境信息的感知；
[0023]所述控制模块用于接收飞手的遥控器数据，根据感知到的环境信息，在辅助功能模式下，通过计算出的横滚速度和偏航速度对无人机进行速度控制。
[0024]进一步地：所述感知模块包括点云滤波子模块、多项式拟合子模块、轨迹线生成子模块和轨迹线更新子模块；
[0025]所述点云滤波子模块用于对无人机获取到的点云数据进行滤波处理，得到无人机两侧的墙面点云；
[0026]所述多项式拟合子模块用于对墙面点云进行多项式曲线拟合生成墙面轮廓；
[0027]所述轨迹线生成子模块用于根据设定的距离间距，求取墙面轮廓的平行线得到飞行轨迹线；
[0028]所述轨迹线更新子模块用于对飞行轨迹线进行更新，得到更新后的轨迹线。
[0029]进一步地：所述控制模块包括遥控器数据解算子模块、轨迹线跟踪子模块、悬停子模块和数据下发子模块；
[0030]所述遥控器数据解算子模块用于根据获取的遥控器摇杆数据，得到遥控器对无人机的控制速度；
[0031]所述轨迹线跟踪子模块用于对更新后的轨迹线通过pid算法计算出横滚速度和偏航速度；
[0032]所述悬停子模块在控制速度为0时，获取无人机当前位置，控制无人机保持在当前位置悬停；
[0033]所述数据下发子模块在控制速度不为0时，将计算出的横滚速度和偏航速度下发到无人机飞行控制器。
[0034]本专利技术的有益效果为：
[0035]1、本专利技术通过机载传感器获取墙面相关数据，具有一定的感知环境能力，能够适应墙面的变化而进行相应的运动。
[0036]2、本专利技术能够在沿墙面飞行的同时，与墙面保持一定的距离，不会出现吸墙情况，保证了巡检作业的稳定性。
附图说明
[0037]图1为本专利技术的控制软件的框图；
[0038]图2为本专利技术的控制方法中感知过程的流程图；
[0039]图3为本专利技术的控制方法中控制过程的流程图；
[0040]图4为本专利技术的实施例中的墙面示意图；
[0041]图5为本专利技术的实施例中的拟合示意图；
[0042]图6为本专利技术的实施例中的坐标变换示意图；
[0043]图7为本专利技术的实施例中的pid跟踪示意图。
具体实施方式
[0044]下面对本专利技术的具体实施方式进行描述，以便于本
的技术人员理解本专利技术，但应该清楚，本专利技术不限于具体实施方式的范围，对本
的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本专利技术的精神和范围内，这些本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种无人机巡检的距离保持辅助控制方法，其特征在于，无人机的工作模式包括位置模式和辅助功能模式；所述位置模式为：飞手进行飞行操作，通过遥控器控制无人机；所述辅助功能模式为：在巡检工况时，无人机感知到墙面数据，设置好无人机需要与墙面保持的距离，飞手只需要控制无人机前进方向，通过计算得到的横滚速度和偏航速度，无人机自动沿着墙面进行运动实现巡检。2.根据权利要求1所述的无人机巡检的距离保持辅助控制方法，其特征在于，所述辅助功能模式的工作步骤为：S1、在巡检工况时，无人机获取点云数据，对点云数据进行滤波处理，得到无人机两侧的墙面点云；S2、使用墙面点云进行多项式曲线拟合生成墙面轮廓，根据设定的距离间距，求取墙面轮廓的平行线得到飞行轨迹线；S3、对飞行轨迹线进行更新，得到更新后的轨迹线；S4、根据获取的遥控器摇杆数据，得到遥控器对无人机的控制速度，当控制速度为0时，获取无人机当前位置，控制无人机保持在当前位置悬停，并结束本流程，当控制速度不为0时，进入步骤S5；S5、对更新后的轨迹线进行坐标变换，将无人机位置从全局坐标系转换到轨迹线的局部坐标系下；S6、通过坐标变换后的横向位置偏差得到横滚方向的偏差，通过pid算法计算出横滚速度；通过坐标变换后的偏航角度和轨迹线斜率求取角度偏差，通过pid算法计算出偏航速度；S7、飞手控制无人机前进方向，通过横滚速度和偏航速度对无人机进行速度控制，无人机自动沿着拟合的墙面轮廓进行运动实现巡检。3.根据权利2所述的无人机巡检的距离保持辅助控制方法，其特征在于，所述获取点云数据具体为：读取机载激光雷达LaserScan类型的点云数据，并将LaserScan类型的点云数据转换为PointCloud2类型。4.根据权利2所述的无人机巡检的距离保持辅助控制方法，其特征在于，所述步骤S1中滤波处理具体为：首先使用限定区域滤波，结合无人机位置和方向，单独滤波出左侧墙面点云和右侧墙面点云，然后使用半径滤波，剔除左侧墙面点云和右侧墙面点云中的离群点，得到左侧墙面密集点云和右侧墙面密集点云，最后使用体素滤波，在不改变点云结构的情况下，将左侧墙面密集点云和右侧墙面密集点云滤波成相对稀疏的点云。5.根据权利2所述的无人机巡检的距离保持辅助控制方法，其特征在于，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：任雪林，甄鹏飞，唐寿星，安子昂，樊伟，徐彬，田甘霖，向真，
申请(专利权)人：北京理工大学酷黑科技北京有限公司，
类型：发明
国别省市：