无人机的飞行路径规划方法及无人的制造方法
【专利摘要】本发明提供一种无人机的飞行路径规划方法及无人机，其中方法包括以下步骤：获取无人机飞行环境的深度信息，并根据深度信息生成飞行环境的二维栅格地图，飞行环境包括障碍物；根据二维栅格地图中每个栅格和障碍物的位置构建每个栅格与对应障碍物的势函数；根据无人机的位置和势函数获得二维栅格地图中栅格的加权图；根据加权图确定飞行路径。根据本发明实施例的方法，通过二维栅格地图构建势函数，并通过由势函数得到的加权图确定飞行路径，提高了计算效率，同时具有良好的扩展性。
【专利说明】无人机的飞行路径规划方法及无人机
【技术领域】
[0001]本发明涉及自主导航【技术领域】，特别涉及一种无人机的飞行路径规划方法及无人机。
【背景技术】
[0002]无人机具有费效比低、零伤亡和部署灵活等优点，通过配备传感器感知飞行环境以设计路径，同时还具备环境信息收集、建模，特定目标任务的规划、分解和执行能力。小型无人机因其体积小、控制灵活、可以做多种特殊动作，在军事和民用领域得到了广泛应用。尤其在抢险救灾，基础设施如石油管道、矿井等狭窄区域的探测等方面，小型无人机有着广阔的应用和发展前景。
[0003]现有的路径规划算法，基于机载传感器感知飞行环境的纹理和深度信息，重建飞行环境的同时在规划层计算出无人机的飞行路线，适用于较为宽敞的应用场景。对环境建模的精确度和路径规划的精细度要求不是很高，无法适用于小型无人机在狭窄室内环境下的飞行路径规划。
【发明内容】
[0004]本发明的目的旨在至少解决上述的技术缺陷之一。
[0005]为此，本发明一方面提供一种无人机的飞行路径规划方法。
[0006]本发明的另一方面提出一种无人机。
[0007]有鉴于此，本发明一方面的实施例提出一种无人机的飞行路径规划方法，包括以下步骤:栅格地图生成步骤，获取无人机飞行环境的深度信息，并根据所述深度信息生成所述飞行环境的二维栅格地图，所述飞行环境包括障碍物；势函数构建步骤，根据所述二维栅格地图中每个栅格和所述障碍物的位置构建每个栅格与对应障碍物的势函数；加权图生成步骤，根据所述无人机的位置和所述势函数获得所述二维栅格地图中栅格的加权图；以及飞行路径确定步骤，根据所述加权图确定飞行路径。
[0008]根据本发明实施例的方法，通过二维栅格地图构建势函数，并通过由势函数得到的加权图确定飞行路径，提高了计算效率，同时具有良好的扩展性。
[0009]在本发明的一个实施例中，所述深度信息为距离。
[0010]在本发明的一个实施例中，所述加权图生成步骤具体包括:分别计算所述无人机移动到所述二维栅格地图中多个栅格的权值；根据所述无人机的位置、所述多个栅格的权值和所述势函数获得所述二维栅格地图中栅格的加权图。
[0011]在本发明的一个实施例中，所述飞行路径确定步骤具体为，根据所述加权图中每个栅格的加权值采用SPFA算法确定所述无人机的飞行路径。
[0012]在本发明的一个实施例中，还包括:路径点确定步骤，根据所述无人机的飞行速度和安全距离得到下一个飞行点。
[0013]在本发明的一个实施例中，在所述二维栅格地图中通过不同的数值表示该栅格是否为障碍物。
[0014]在本发明的一个实施例中，所述每个栅格与对应障碍物的势函数通过如下公式表
示，所述公式为，
【权利要求】
1.一种无人机的飞行路径规划方法，其特征在于，包括以下步骤: 栅格地图生成步骤，获取无人机飞行环境的深度信息，并根据所述深度信息生成所述飞行环境的二维栅格地图，所述飞行环境包括障碍物； 势函数构建步骤，根据所述二维栅格地图中每个栅格和所述障碍物的位置构建每个栅格与对应障碍物的势函数； 加权图生成步骤，根据所述无人机的位置和所述势函数获得所述二维栅格地图中栅格的加权图；以及 飞行路径确定步骤，根据所述加权图确定飞行路径。
2.如权利要求1所述的无人机的飞行路径规划方法，其特征在于，所述深度信息为距离。
3.如权利要求1所述的无人机的飞行路径规划方法，其特征在于，所述加权图生成步骤具体包括: 分别计算所述无人机移动到所述二维栅格地图中多个栅格的权值； 根据所述无人机的位置、所述多个栅格的权值和所述势函数获得所述二维栅格地图中栅格的加权图。
4.如权利要求1所述的无人机的飞行路径规划方法，其特征在于，所述飞行路径确定步骤具体为， 根据所述加权图中每个栅 格的加权值采用SPFA算法确定所述无人机的飞行路径。
5.如权利要求1所述的无人机的飞行路径规划方法，其特征在于，还包括: 路径点确定步骤，根据所述无人机的飞行速度和安全距离得到下一个飞行点。
6.如权利要求1所述的无人机的飞行路径规划方法，其特征在于，在所述二维栅格地图中通过不同的数值表示该栅格是否为障碍物。
7.如权利要求1所述的无人机的飞行路径规划方法，其特征在于，所述每个栅格与对应障碍物的势函数通过如下公式表示，所述公式为，
8.如权利要求3所述的无人机的飞行路径规划方法，其特征在于，所述权值通过如下公式获得，所述公式为，Q)i = ^id0I + Κ2φ{Χ\, yi)， 其中，C01为从当前位置Ptl (Xtl, Y0)点移动到P1 (X1, Y1)点的权值，K1和K2分别为加权常数，d01为当前位置Ptl到P1的距离，炉Oi,yi)为栅格(X1, Y1)的势函数。
9.一种无人机，其特征在于，包括: 栅格地图生成模块，用于获取无人机飞行环境的深度信息，并根据所述深度信息生成所述飞行环境的二维栅格地图，所述飞行环境包括障碍物； 势函数构建模块，根据所述二维栅格地图中每个栅格和所述障碍物的位置构建每个栅格与对应障碍物的势函数；加权图生成模块，根据所述无人机的位置和所述势函数获得所述二维栅格地图中栅格的加权图；以及 飞行路径确定模块，用于根据所述加权图中每个栅格的加权值进行SPFA算法的选取以确定所述无人机的飞行路径。
10.如权利要求9所述的无人机，其特征在于，所述每个栅格与对应障碍物的势函数通过如下公式表示，所述公式为，
【文档编号】G05D1/10GK103809597SQ201410055181
【公开日】2014年5月21日 申请日期:2014年2月18日 优先权日:2014年2月18日
【发明者】戴琼海, 李一鹏, 施泽南 申请人:清华大学