CN109341695B - 基于户型图标定的室内无人机导航方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了基于户型图标定的室内无人机导航***。首先确定好无人机机头的初始位置以及角度后，在户型图中将飞行轨迹连续标定像素点，通过标定像素点计算出无人机的飞行轨迹向量，再通过比例尺计算出无人机飞行过程中的偏移角跟位移，从而应用于控制无人机精准监控室内施工、定检巡航等领域实时导航。本发明提供的基于户型图标定的室内无人机导航计算量低，准确度高，实时性高，功耗低，成本低等优点。
Description
技术领域
本发明公开了基于户型图标定的室内无人机导航***。
背景技术
在现有的无人机自动导航技术中，如果在室内GPS信号不可用的情况下，基于多目视觉***计算量大，成本高，实时性难以保障，需要GPU或者高性能的CPU参与计算；而基于雷达的导航在硬装过程中由于粉尘等因素影响精度难以达到正负0.1m的要求，同时粉尘等因素造成的计算量增长导致RTOS实时***也无法满足的场景。
发明内容
本发明公开了基于户型图标定的室内无人机导航***。其具有计算量低，准确度高，实时性高，功耗低，成本低等优点。
基于户型图标定的室内无人机导航方法，包括如下步骤：
第1步，在户型图中，对无人机的拟飞行轨迹上的位置点依次进行标定，设各个位置点在户型图中的坐标位置分别为(xi，yi)，i＝0，1，2，……，n；
第2步，计算出在相邻两个位置点之间的飞行轨迹向量；
第3步，根据户型图的比例尺计算出在各个位置点之间的飞行实际距离。
在一个实施方式中，设无人机的初始向量为单位向量(1，0)。
在一个实施方式中，设无人机机头的初始位置与门的方向成90°夹角。
在一个实施方式中，所述的第2步中，通过两个相邻的位置坐标的向量叉乘计算得到飞行旋转方向。
在一个实施方式中，旋转方向为
在一个实施方式中，第3步中，通过distance＝|(xn-xn-1，yn-yn-1)|·ratio计算出相邻点之间的飞行距离。
在一个实施方式中，无人机通过GSP导航至第1步中需要采用户型图导航的初始位置。
在一个实施方式中，无人机通过通过上下左右前后6个红外传感器进行避障。
在一个实施方式中，遇到红外传感器上报高电平中断原有的飞行指令，向相反方向做避障导航，重新标定导航点后，继续进行导航。
在一个实施方式中，无人机通过无线传输模块与服务器连接，将数据上传至服务器中进行数据分析，监控。
有益效果
在室内对精度要求高，实时性要求高，同时由于硬装过程中粉尘等干扰因素多的场景下，通过该发明能有效解决上述问题，同时具备低功耗，低成本的硬件部署，RTOS***即可用于生产。
附图说明
图1是本发明的导航方法的流程图；
图2是简化的坐标系空间；
图3是复杂坐标系空间；
图4是在户型图中设定的轨迹线；
图5是通过点乘计算向量夹角缺失信息的示意图；
图6是硬件模块示意图。
具体实施方式
实施例1
基于户型图标定的室内无人机导航***，本***通过标定像素点，利用户型图的比例尺，计算出无人机在室内航行的轨迹。整体的计算方法如图1所示，实现无人机导航算法如下：
如图2所示，首先，使用GPS将无人机导航至室内的初始位置，通过室内的户型图对无人机的飞行轨迹继续进行导航，无人机机头的初始位置与门的方向成90度夹角，由于无人机在进入场景的门后，定义门的平面所在的方向是门的方向，而无人机直接垂直进入后，其机头所处的方向是指无人机的初始方向，因此这个初始方向是直接与门垂直的，因此，设初始向量为单位向量(1，0)，像素点位置为(xi，yi)，选择机头向量为单位向量如图2，可以避免在图3的坐标系空间计算过程中，坐标系转换带来的复杂性和额外计算量。
接下来，需要确定运行轨迹。在户型图中，设定需要依次经过的位置点分别是：(x2，y2)……(xn，yn)，轨迹如图4所示，再通过标定像素点计算出无人机的飞行轨迹向量，再通过比例尺计算出无人机飞行过程中的偏移角跟位移。标定n个像素点，实际飞行轨迹为n-1次。因此，每个点上的飞行向量则为：
(x2-x1，y2-y1)，(x3-x2，y3-y2)，(xn-xn-1，yn-yn-1)
当使用向量点积计算出无人机飞行的夹角，分别为：
(1，0)·(x2-x1，y2-y1)，
(x2-x1，y2-y1)·(x3-x2，y3-y2)，…
(xn-1-xn-2，yn-1-yn-2)·(xn-xn-1，yn-yn-1)
向量角θ只能计算偏移角度，如图5，机头向量与目的向量1，2的夹角都是θ，要明确无人机的旋转方向，还需要计算是顺时针，还是逆时针旋转，通过向量的叉乘做为补充。
根据右手法则算出
表示顺时针，小于0表示逆时针。
实际飞行的距离为：
distance＝|(xn-xn-1，yn-yn-1)|·ratio
ratio表示比例尺，等于户型图的分辨率比实际距离。
基于以上的方法，采用硬件布置如图6所示：无人机在室外通过GPS导航到需要监控的施工地点，进入室内后，通过发明1中的实时导航***进行导航，数据采集，通过4G模块上报到服务器端进行数据分析，监控。通过上下左右前后6个红外传感器进行避障；从而应用于控制无人机精准监控室内施工，定检巡航等领域；主控制器stm32f407计算飞行过程中的距离及二维向量夹角，三维欧拉角，通过URAT串口下发飞行指令，遇到红外传感器上报高电平中断原有的飞行指令，向相反方向做避障导航，重新标定导航点后，继续进行导航。
Claims (5)
1.基于户型图标定的室内无人机导航方法，其特征在于，包括如下步骤：
第1步，在户型图中，对无人机的拟飞行轨迹上的位置点依次进行标定，设各个位置点在户型图中的坐标位置分别为(xi,yi)，i=0,1,2,……,n；
第2步，计算出在相邻两个位置点之间的飞行轨迹向量；
第3步，根据户型图的比例尺计算出在各个位置点之间的飞行实际距离；
设无人机的初始向量为单位向量(1,0)；
设无人机机头的初始位置与门的方向成90°夹角；
所述的第2步中，通过两个相邻的位置坐标的向量叉乘计算得到飞行旋转方向；
旋转方向为
；
第3步中，通过
计算出相邻点之间的飞行距离；ratio表示比例尺，等于户型图的分辨率比实际距离。
2.根据权利要求1所述的基于户型图标定的室内无人机导航方法，其特征在于，无人机通过GSP导航至第1步中需要采用户型图导航的初始位置。
3.根据权利要求1所述的基于户型图标定的室内无人机导航方法，其特征在于，无人机通过上下左右前后6个红外传感器进行避障。
4.根据权利要求1所述的基于户型图标定的室内无人机导航方法，其特征在于，遇到红外传感器上报高电平中断原有的飞行指令，向相反方向做避障导航，重新标定导航点后，继续进行导航。
5.根据权利要求1所述的基于户型图标定的室内无人机导航方法，其特征在于，无人机通过无线传输模块与服务器连接，将数据上传至服务器中进行数据分析，监控。
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Publications (2)
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