申请/专利权人：中国建筑一局(集团)有限公司;中建市政工程有限公司;北京理工大学

申请日：2023-01-10

公开（公告）日：2024-04-16

公开（公告）号：CN116048120B

主分类号：G05D1/46

分类号：G05D1/46;G05D109/20

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.04.16#授权;2023.05.19#实质审查的生效;2023.05.02#公开

摘要：本发明公开了一种未知动态复杂环境下小型四旋翼无人机自主导航系统及方法。本发明完全利用机载深度相机传感器感知周围环境，实现对环境中的动态障碍物的检测和运动状态估计，通过改进的最优相互避碰集ORCA算法实现对环境中的动态和静态障碍物进行避障，利用B样条曲线生成平滑连续的运动轨迹到达目标点。本发明解决了小型四旋翼无人机在未知的、包含动态和静态障碍物的非结构化环境下，无碰撞地到达预定目标点的自主导航问题。

主权项：1.一种未知动态环境下小型四旋翼无人机自主导航系统，其特征在于该导航系统包括环境感知模块和轨迹规划模块；所述环境感知模块用于接收载视觉传感器获取的环境信息，并根据接收到的环境信息建立占据栅格地图，然后对建立的占据栅格地图中表示障碍物的点云进行聚类和追踪，获得环境中独立障碍物信息，再通过卡尔曼滤波估计获得的独立障碍物的位置和运动速度，并将获得的独立障碍物的位置和运动速度提供给轨迹规划模块用以生成安全无碰撞地轨迹；所述的轨迹规划模块用于接收环境感知模块输出的独立障碍物的位置和运动速度，并根据接收到的独立障碍物的位置和运动速度生成最优相互避碰集，再通过生成的最优相互避碰集约束无人机的运动速度，实现对障碍物的避碰，根据无人机的运动速度利用B样条曲线生成平滑连续的运动轨迹；生成最优相互避碰集的方法为：将障碍物建模为设定半径的圆形，定义对于障碍物i相对于无人机的速度障碍集为VOuav|i，假设障碍物的速度保持不变，则若无人机取VOuav|i中的速度，则一定时间后二者一定会发生碰撞，记为无人机会与障碍物发生碰撞的速度障碍集的边界，当无人机速度在集合VOuav|i中，定义无人机速度到中最近的距离为argmin表示取函数的最小值，||·||表示取模运算，定义无人机与障碍物i的最优相互避碰集如下：ORCAuav|i＝{v|v-vuav+u·n≥0}ORCAuav|i是基于u构造的无碰撞速度集合，其几何形状为边界为直线的一个半平面，ORCAuav|i的计算方法为找到所有与u的内积大于或等于0的速度，使得无人机选择集合内的速度时与障碍物i都是安全无碰撞的，其中，n为垂直于该半平面直线边界的的法向量，其计算方法为取u的单位向量；对于环境感知模块获取的障碍物信息，将所有障碍物的ORCAuav|i取交集记为∑ORCA，在x-O-y平面中生成安全速度集合ORCA＝D0,vmax∩∑ORCA，其中vmax为水平面内最大容许速度，D0,vmax＝{p|||p-0||vmax}为所有模值小于vmax的水平面内速度集合，其为一圆形区域。

全文数据：

权利要求：

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