无人机自主飞行方法、装置及无人机

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无人机自主飞行方法、装置及无人机
申请号	CN201810143891.4	申请日	2018-02-09	公开(公告)号	CN108594843A	公开(公告)日	2018-09-28
申请人	深圳臻迪信息技术有限公司;			发明人	不公告发明人;
摘要	本发明提供了一种无人机自主飞行方法、装置及无人机，涉及无人机技术领域，该方法包括：根据获取的环境信息，规划全局路径；在飞行过程中获取障碍物信息；根据所述障碍物信息和所述全局路径，生成局部避障路径；基于所述局部避障路径调整所述全局路径，直至到达目标点。本发明可以将全局路径规划与局部避障相结合，在飞行过程中根据障碍物信息进行相应调整全局路径，以便更为准确的到达目的地，较好地提升了无人机自主飞行的可靠性。
权利要求	1.一种无人机自主飞行方法，其特征在于，所述方法由无人机执行，包括：根据获取的环境信息，规划全局路径；在飞行过程中获取障碍物信息；根据所述障碍物信息和所述全局路径，生成局部避障路径；基于所述局部避障路径调整所述全局路径，直至到达目标点。 2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述环境信息的获取步骤包括：检测所述无人机的起始点和起始飞行高度；接收用户输入的所述无人机的目标点；通过预置的三维地图确定所述起始点和所述目标点之间的全局环境信息。 3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述检测所述无人机的起始点和起始飞行高度的步骤，包括：通过GPS传感器定位起始点坐标；通过高度传感器确定所述无人机的起始飞行高度。 4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据获取的环境信息，规划全局路径的步骤，包括：根据所述无人机的起始点、起始飞行高度、目标点，以及所述起始点和所述目标点之间的全局环境信息，规划所述起始点到所述目标点的全局路径。 5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在飞行过程中获取障碍物信息的步骤，包括：在飞行过程中，通过所述无人机的测距避障系统识别障碍物，并生成障碍物信息。 6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据所述障碍物信息和所述全局路径，生成局部避障路径的步骤，包括：基于所述全局环境信息和所述障碍物信息，确定障碍物在所述全局路径中所处的局部区域；根据所述三维地图确定所述局部区域对应的局部环境信息；基于所述局部环境信息和所述全局环境信息，生成局部避障路径。 7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述局部避障路径调整所述全局路径的步骤，包括：当按照所述局部避障路径躲避障碍物时，进行重新定位，得到所述无人机的更新位置；根据所述更新位置和所述目标点调整所述全局路径。 8.一种无人机自主飞行装置，其特征在于，所述装置设置于无人机侧，包括：全局规划模块，用于根据获取的环境信息，规划全局路径；障碍信息获取模块，用于在飞行过程中获取障碍物信息；局部避障模块，用于根据所述障碍物信息和所述全局路径，生成局部避障路径；调整模块，用于基于所述局部避障路径调整所述全局路径，直至到达目标点。 9.一种无人机，包括处理器、存储器和测距避障系统；所述测距避障系统用于识别障碍物；所述存储器用于存储支持所述处理器执行权利要求1至7任一项所述方法的程序，所述处理器被配置为用于执行所述存储器中存储的程序。 10.根据权利要求9所述的无人机，其特征在于，所述测距避障系统包括双目视觉传感器、毫米波雷达传感器和超声波雷达传感器中的多种。
说明书全文	无人机自主飞行方法、装置及无人机技术领域 [0001] 本发明涉及无人机技术领域，尤其是涉及一种无人机自主飞行方法、装置及无人机。背景技术 [0002] 现有的无人机在自主规划飞行路径时，只是基于地图简单地将目标点与出发点连接成为一条直线作为飞行路径。然而，无人机在实际飞行过程中，很有可能遇到突发障碍物，在避障时也只是采取遇障碍物悬停或者绕过障碍物等固定方式，飞行过程显然会受到障碍物的影响而偏离原设定的飞行路径，从而难以准确到达目的地，自主飞行的可靠性较差。发明内容 [0003] 有鉴于此，本发明的目的在于提供一种无人机自主飞行方法、装置及无人机，以提升无人机自主飞行的可靠性。 [0004] 为了实现上述目的，本发明实施例采用的技术方案如下： [0005] 第一方面，本发明实施例提供了一种无人机自主飞行方法，该方法由无人机执行，包括：根据获取的环境信息，规划全局路径；在飞行过程中获取障碍物信息；根据障碍物信息和全局路径，生成局部避障路径；基于局部避障路径调整全局路径，直至到达目标点。 [0006] 进一步，上述环境信息的获取步骤包括：检测无人机的起始点和起始飞行高度；接收用户输入的无人机的目标点；通过预置的三维地图确定起始点和目标点之间的全局环境信息。 [0007] 进一步，上述检测无人机的起始点和起始飞行高度的步骤，包括：通过GPS传感器定位起始点坐标；通过高度传感器确定无人机的起始飞行高度。 [0008] 进一步，上述根据获取的环境信息，规划全局路径的步骤，包括：根据无人机的起始点、起始飞行高度、目标点，以及起始点和目标点之间的全局环境信息，规划起始点到目标点的全局路径。 [0009] 进一步，上述在飞行过程中获取障碍物信息的步骤，包括：在飞行过程中，通过无人机的测距避障系统识别障碍物，并生成障碍物信息。 [0010] 进一步，上述根据障碍物信息和全局路径，生成局部避障路径的步骤，包括：基于全局环境信息和障碍物信息，确定障碍物在全局路径中所处的局部区域；根据三维地图确定局部区域对应的局部环境信息；基于局部环境信息和全局环境信息，生成局部避障路径。 [0011] 进一步，上述基于局部避障路径调整全局路径的步骤，包括：当按照局部避障路径躲避障碍物时，进行重新定位，得到无人机的更新位置；根据更新位置和目标点调整全局路径。 [0012] 第二方面，本发明实施例还提供一种无人机自主飞行装置，该装置设置于无人机侧，包括：全局规划模块，用于根据获取的环境信息，规划全局路径；障碍信息获取模块，用于在飞行过程中获取障碍物信息；局部避障模块，用于根据障碍物信息和全局路径，生成局部避障路径；调整模块，用于基于局部避障路径调整全局路径，直至到达目标点。 [0013] 第三方面，本发明实施例提供了一种无人机，包括处理器、存储器和测距避障系统；测距避障系统用于识别障碍物；存储器用于存储支持处理器执行第一方面任一项方法的程序，处理器被配置为用于执行存储器中存储的程序。 [0014] 进一步，上述测距避障系统包括双目视觉传感器、毫米波雷达传感器和超声波雷达传感器中的多种。 [0015] 本发明实施例提供了一种无人机自主飞行方法、装置及无人机，无人机首先根据获取的环境信息，规划全局路径，然后在飞行过程中可以根据获取的障碍物信息以及全局路径，生成局部避障路径，进而基于局部避障路径调整全局路径，直至到达目标点。这种无人机自主飞行方式可以将全局路径规划与局部避障相结合，在飞行过程中根据障碍物信息进行相应调整全局路径，以便更为准确的到达目的地，较好地提升了无人机自主飞行的可靠性。 [0016] 本公开的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，或者，部分特征和优点可以从说明书推知或毫无疑义地确定，或者通过实施本公开的上述技术即可得知。 [0017] 为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。附图说明 [0018] 为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。 [0019] 图1示出了本发明实施例所提供的一种无人机自主飞行方法流程图； [0020] 图2示出了本发明实施例所提供的一种无人机路径规划示意图； [0021] 图3示出了本发明实施例所提供的一种局部避障路径的生成方法流程图； [0022] 图4示出了本发明实施例所提供的一种无人机自主飞行装置的结构框图； [0023] 图5示出了本发明实施例所提供的一种测距避障系统的结构示意图； [0024] 图6示出了本发明实施例所提供的一种无人机的结构示意图。具体实施方式 [0025] 为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。 [0026] 考虑到现有技术中的无人机自主飞行可靠性较差，容易受到障碍物干扰而导致偏离最初设定的全局路径规划，难以准确到达目的地，为改善此问题，本发明实施例提供的一种无人机自主飞行方法、装置及无人机，该技术可采用相应的软件和硬件实现，以下对本发明实施例进行详细介绍。 [0027] 实施例一： [0028] 参见图1所示的一种无人机自主飞行方法流程图，该方法由无人机执行，也即从无人机侧描述为例进行说明，包括以下步骤： [0029] 步骤S102，根据获取的环境信息，规划全局路径。 [0030] 本实施例给出一种环境信息的获取方式，具体可包括如下步骤： [0031] (1)检测无人机的起始点和起始飞行高度；具体实施时，可以通过GPS传感器定位起始点坐标，并通过高度传感器确定无人机的起始飞行高度。在利用GPS传感器定位起始点坐标时，可将无人机的起始点坐标在无人机预先存储的三维地图中进行标记，将标记坐标确定为无人机的起始点，以便于后续基于三维地图所体现的地理位置信息从起始点开始进行无人机飞行路径规划。 [0032] (2)接收用户输入的无人机的目标点(也即，目的地)。具体的，无人机与地面终端无线通信连接，地面终端可以为遥控器，也可以为手机、ipad等移动终端，以地面终端是手机为例，用户可以直接通过在手机上输入目标点，无人机即可无线接收用户输入的目标点。 [0033] (3)通过预置的三维地图确定起始点和目标点之间的全局环境信息。其中，全局环境信息可以包括覆盖起始点到目标点之间路径的区域的地理图像信息；该地理图像信息可以直接以3D形式显示，在该地理图像信息可包括有区域内的固定物的位置信息和高度信息等，固定物可以为建筑物，也可以为广告牌、树木、电线杆等。在具体实施时，可以根据实际需求而设置覆盖起始点到目标点之间路径的区域的径向直径阈值，也即对覆盖区域的面积范围进行合理设置。无人机可以通过三维地图获取覆盖起始点和目标点之间的三维图像信息。与二维地图相比，采用三维地图可以清楚的获知各建筑物的高度，便于更合理的规划全局路径。在飞行过程中，无人机可以根据自身的起始飞行高度以及路径中所经过各建筑物的高度进行适应性调整，当然，为了无人机飞行更加平稳，在具体实施时可以尽量保持无人机的飞行高度不变，或者控制无人机的飞行高度的变化幅度在一定范围内。 [0034] 具体的，可以根据无人机的起始点、起始飞行高度、目标点，以及起始点和目标点之间的全局环境信息，规划起始点到目标点的全局路径。通常三维地图上可示出诸如各固定物的位置和高度等三维环境信息，无人机可结合当前所处高度以及三维地图中获取的起始点、目标点之间的三维环境信息确定飞行路径，在实际规划全局路径时，还可以将规划路径标注于三维地图上。 [0035] 步骤S104，在飞行过程中获取障碍物信息。该无人机上可以安设有测距避障系统，在飞行过程中，通过无人机的测距避障系统识别障碍物，并生成障碍物信息。该测距避障系统可以采用多种传感器相融合的方案以满足不同场景下的测距需求，诸如内置双目视觉传感器、毫米波雷达传感器和超声波雷达传感器中的多种。在一种实施方式中，可采用双目视觉传感器和毫米波雷达传感器，其中，双目视觉传感器作为主要探测器，将毫米波雷达传感器作为在玻璃、镜面、纯色目标的情况下辅助双目进行障碍物进行判断的辅助探测器，此外还可采用其它距离探测器以及其它探测器的组合方式，在此不再赘述。 [0036] 步骤S106，根据障碍物信息和全局路径，生成局部避障路径。具体的，可以确定障碍物所处的局部环境，根据该局部环境以及全局环境综合确定避障路径。 [0037] 步骤S108，基于局部避障路径调整全局路径，直至到达目标点。 [0038] 在一种实施方式中，可以当按照局部避障路径躲避障碍物时，进行重新定位，得到无人机的更新位置；根据更新位置和目标点调整全局路径。参见图2所示的一种无人机路径规划示意图，简单示意出起始点A、目标点B以及更新位置X；虚线箭头示意出原来规划的路径为由起始点A到目标点B，但在飞行过程中遇到障碍物(图中以灰色方块示意)，该障碍物可能是突发障碍物，在地图中并没有显示，此时则采用无人机避障措施躲避障碍物，躲避障碍物时进行重新定位，得到更新位置X，此时再基于X和目标点B，对全局路径进行调整，以便于准确地达到目标点B。 [0039] 本实施例的上述方法中，无人机首先根据获取的环境信息，规划全局路径，然后在飞行过程中可以根据获取的障碍物信息以及全局路径，生成局部避障路径，进而基于局部避障路径调整全局路径，直至到达目标点。这种无人机自主飞行方式可以将全局路径规划与局部避障相结合，在飞行过程中根据障碍物信息进行相应调整全局路径，以便更为准确的到达目的地，较好地提升了无人机自主飞行的可靠性。 [0040] 在具体执行步骤S106时，可参见图3所示的一种局部避障路径的生成方法流程图，包括如下步骤： [0041] 步骤S302，基于全局环境信息和障碍物信息，确定障碍物在全局路径中所处的局部区域；具体可以设定与障碍物相距预设范围的区域作为障碍物在全局路径中所处的局部区域，例如设定为障碍物四周100米范围内。 [0042] 步骤S304，根据三维地图确定局部区域对应的局部环境信息。具体也可以是利用GPS在三维地图中定位障碍物在全局路径中所处的位置，以及局部区域的局部环境信息。 [0043] 步骤S306，基于局部环境信息和全局环境信息，生成局部避障路径。 [0044] 上述方式可以使局部避障与全局环境相结合，在避障的基础上也全面考虑到全局路径，以便于在避障后也可以准确可靠地到达目的地，提升了无人机自主飞行的可靠性。 [0045] 实施例二： [0046] 对于实施例一中所提供的无人机自主飞行方法，本发明实施例提供了一种设置于无人机侧的无人机自主飞行装置，参见图4所示的一种无人机自主飞行装置的结构框图，包括： [0047] 全局规划模块402，用于根据获取的环境信息，规划全局路径； [0048] 障碍信息获取模块404，用于在飞行过程中获取障碍物信息； [0049] 局部避障模块406，用于根据障碍物信息和全局路径，生成局部避障路径； [0050] 调整模块408，用于基于局部避障路径调整全局路径，直至到达目标点。 [0051] 本发明实施例提供的上述无人机自主飞行装置，无人机首先根据获取的环境信息，规划全局路径，然后在飞行过程中可以根据获取的障碍物信息以及全局路径，生成局部避障路径，进而基于局部避障路径调整全局路径，直至到达目标点。这种无人机自主飞行方式可以将全局路径规划与局部避障相结合，在飞行过程中根据障碍物信息进行相应调整全局路径，以便更为准确的到达目的地，较好地提升了无人机自主飞行的可靠性。 [0052] 本实施例所提供的装置，其实现原理及产生的技术效果和前述实施例相同，为简要描述，装置实施例部分未提及之处，可参考前述方法实施例中相应内容。 [0053] 实施例三： [0054] 本实施例提供了一种无人机，包括处理器、存储器和测距避障系统；存储器和测距避障系统均与处理器相连接； [0055] 测距避障系统用于识别障碍物； [0056] 存储器用于存储支持处理器执行实施例一提供的无人机自主飞行方法的程序，处理器被配置为用于执行存储器中存储的程序。 [0057] 在具体应用中，测距避障系统包括双目视觉传感器、毫米波雷达传感器和超声波雷达传感器中的多种。 [0058] 参见图5所示的一种测距避障系统的结构示意图，在该测距避障系统中包括双目视觉传感器和毫米波雷达传感器，无人机在自主飞行过程中，依靠该测距避障系统进行障碍物探测，实际应用中可将双目视觉传感器作为主要探测器，将毫米波雷达传感器作为辅助探测器，毫米波雷达传感器可以在玻璃、镜面、纯色目标的情况下辅助双目进行障碍物的判断。 [0059] 所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的无人机具体工作过程，可以参考前述实施例中的对应过程，在此不再赘述。 [0060] 图6为本发明实施例提供的一种无人机的结构示意图，包括：处理器60、存储器61、总线62和通信接口63，处理器60、通信接口63和存储器61通过总线62连接；处理器60用于执行存储器61中存储的可执行模块，例如计算机程序。 [0061] 其中，存储器61可能包含高速随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)，也可能还包括非不稳定的存储器(non-volatile memory)，例如至少一个磁盘存储器。通过至少一个通信接口63(可以是有线或者无线连接)实现该系统网元与至少一个其他网元之间的通信连接，可以使用互联网，广域网，本地网，城域网等。 [0062] 总线62可以是ISA总线、PCI总线或EISA总线等。总线可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，图6中仅用一个双向箭头表示，但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。 [0063] 其中，存储器61用于存储程序，处理器60在接收到执行指令后，执行上述方法，前述本发明实施例任一实施例揭示的流过程定义的装置所执行的方法可以应用于处理器60中，或者由处理器60实现。 [0064] 处理器60可能是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。在实现过程中，上述方法的各步骤可以通过处理器60中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。上述的处理器60可以是通用处理器，包括中央处理器(Central Processing Unit，简称CPU)、网络处理器(Network Processor，简称NP)等；还可以是数字信号处理器(Digital Signal Processing，简称DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，简称ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，简称FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。可以实现或者执行本发明实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。结合本发明实施例所公开的方法的步骤可以直接体现为硬件译码处理器执行完成，或者用译码处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。软件模块可以位于随机存储器，闪存、只读存储器，可编程只读存储器或者电可擦写可编程存储器、寄存器等本领域成熟的存储介质中。该存储介质位于存储器61，处理器60读取存储器61中的信息，结合其硬件完成上述方法的步骤。 [0065] 所属领域的技术人员可以清楚地了解到，以上仅是简单示出了处理器、存储器、总线和通信接口，上述描述的无人机应当还包括诸如多种传感器、飞行驱动装置等常规无人机部件，在此不再赘述。 [0066] 本发明实施例所提供的无人机自主飞行方法、装置及无人机的计算机程序产品，包括存储了程序代码的计算机可读存储介质，所述程序代码包括的指令可用于执行前面方法实施例中所述的方法，具体实现可参见方法实施例，在此不再赘述。 [0067] 另外，在本发明实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。 [0068] 所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。 [0069] 最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。