申请/专利权人：华中科技大学

申请日：2023-04-12

公开（公告）日：2024-04-26

公开（公告）号：CN116520877B

主分类号：G05D1/46

分类号：G05D1/46

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.04.26#授权;2023.08.18#实质审查的生效;2023.08.01#公开

摘要：本发明公开了一种四旋翼无人机狭窄管道内自主定位及控制方法，属于无人机控制领域，该方法在管道坐标系下，基于激光测距原理对无人机进行定位；当无人机位于管道巡航段时，利用获取到的无人机的实时信息和期望信息进行双闭环控制，得到所述无人机的Z轴方向高度、滚转角、俯仰角和偏航角的控制指令。该方法结合了四旋翼无人机的飞行特点，能够实现在GPS拒止情况下密闭狭窄管道内无人机的自主定位及控制，针对直径小于600mm的管道，使无人机具备在管道内部自主执行空间检测任务的能力，扩展四旋翼无人机的应用场景，为密闭管道检测提供新的解决方案。

主权项：1.一种四旋翼无人机狭窄管道内自主定位及控制方法，其特征在于，包括：S1，在管道坐标系下，基于激光测距原理对无人机进行定位；其中，当满足以下三个条件时，则认为所述无人机位于管道巡航段；第一条件：d1、d3、d6均小于dth1；第二条件：d4、d5均小于dth2；第三条件：d7、d8均小于dth2；其中，d1、d2分别为分布在无人机的顶部和底部中心的激光测距传感器采集到的数据，d3、d4、d5、d6、d7、d8分别为均匀分布在无人机的中心截面四周的六个激光测距传感器采集到的数据，dth1、dth2分别为第一、第二阈值；当仅满足所述第一条件和第二条件时，则认为无人机位于管道巡航入口段，设定X轴方向的期望速度vxd＝v0；当仅满足所述第一条件和第三条件时，则认为无人机位于管道巡航入口段，设定X轴方向的期望速度vxd＝v0；其中，v0＜vxd；当所述管道坐标系以管道入口端面的最低点为原点时，所述无人机在Y轴的期望位置yd＝0，在Z轴的期望位置zd＝r，期望偏航角S2，当无人机位于管道巡航段时，利用获取到的无人机的实时信息和期望信息进行双闭环控制，得到所述无人机的Z轴方向高度、滚转角、俯仰角和偏航角的控制指令U1，U2，U3，U4；其中，所述实时信息包括：无人机在Y、Z轴的实时位置y、z、在X、Y、Z轴的实时速度vx、vy、vz，实时偏航角俯仰角θ和滚转角φ；所述管道坐标系以管道轴向为X轴，以管道入口端面的径向为Z轴；所述期望信息包括：在Y、Z轴的期望位置yd、zd、在X轴的期望速度vxd，以及相对管道前进方向的期望偏航角所述双闭环控制包括外环位置控制、姿态反解及内环姿态控制；所述外环位置控制以yd、zd、y、z为输入，输出U1以及期望的X、Y轴方向的加速度ux和uy；所述姿态反解为根据ux和uy反解得到期望的俯仰角θd和滚转角φd；所述内环姿态控制以θ、φ、θd和φd为输入，输出U2，U3，U4。

全文数据：

权利要求：

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