CN113109852A - 一种无人机进狭窄空间的路径规划方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种无人机进狭窄空间的路径规划方法及装置，方法包括：建立三维坐标系，并对狭窄空间进行三维划分为至少三个平面；测量无人机的不同角度与某一平面的距离，并确定无人机的第一航行角度和第一航行路线；判断无人机与某一平面的间距是否达到预设间距值；若无人机与某一平面的间距达到预设间距值，测量无人机的不同角度与另一平面的距离，并确定无人机的第二航行角度和第二航行路线，直至无人机移动至目标点的正上方。通过测量不同角度无人机与各个不同面的距离，求出无人机与平面最小距离的角度为无人机的航行角度，通过调整无人机姿态来改变无人机的航向，最终使无人机沿着确定的路径到达目标位置，这样提高了无人机工作的效率。
Description
技术领域
本发明属于电力巡检技术领域，尤其涉及一种无人机进狭窄空间的路径规划方法及装置。
背景技术
线路巡检是保证架空线路正常运行的重要手段，随着我国输电线路的快速发展，线路巡检工作面临着作业强度大、周期长，部分线路环境恶劣等问题，传统的人工巡视方法面临巨大挑战。为此，近年来电网积极引进新技术，提高线路巡检工作自动化程度，改进巡检工作模式。多旋翼无人机由多个旋翼产生升力，通过改变各个旋翼的转速控制飞行器的姿态，具有小巧灵活、垂直起降、精准悬停的优点，但存在机动性和飞行高度较低，负载较小，续航时间短等问题。
续航能力不足是制约无人机巡检效率的主要问题之一，也是进一步实现全自主无人机巡检必须解决的关键问题之一。目前，无人机巡检以小型多旋翼机型为主，典型续航时间为20～45min，油电混合的中大型机也难以超过3h，需要频繁更换电池，严重影响巡检效率。针对这一问题，除了增加电池容量和减小无人机功耗外，当前业界的主流方案是设置无人机机巢，并配合无人机自主起降技术来提高无人机电池管理自动化程度，从而减轻续航问题对巡检效率的影响。然而因为机巢的空间狭窄，所以无人机进机巢的路径规划具有重要意义。现有的使用传统的局部路径规划算法时，当环境信息未知时，存在冗余点和拐点，导致收敛时间长、路径节点扩展代价大、易出现局部最优等问题。
发明内容
本发明提供一种无人机进狭窄空间的路径规划方法及装置，用于至少解决上述技术问题之一。
第一方面，本发明提供一种无人机进狭窄空间的路径规划方法，包括：建立三维坐标系，并对狭窄空间进行三维划分为至少三个平面；测量无人机的不同角度与某一平面的距离，并确定无人机的第一航行角度和第一航行路线，其中，所述第一航行角度为无人机至所述某一平面时的最小移动距离的姿态角度，所述第一航行路线为无人机至所述某一平面时的最小移动距离；判断无人机与所述某一平面的间距是否达到预设间距值；若无人机与所述某一平面的间距达到预设间距值，测量无人机的不同角度与另一平面的距离，并确定无人机的第二航行角度和第二航行路线，直至无人机移动至目标点的正上方，其中，所述第二航行角度为无人机至所述另一平面时的最小移动距离的姿态角度，所述第二航行路线为无人机至所述另一平面时的最小移动距离。
第二方面，本发明提供一种无人机进狭窄空间的路径规划装置，包括：划分模块，配置为建立三维坐标系，并对狭窄空间进行三维划分为至少三个平面；第一确定模块，配置为测量无人机的不同角度与某一平面的距离，并确定无人机的第一航行角度和第一航行路线，其中，所述第一航行角度为无人机至所述某一平面时的最小移动距离的姿态角度，所述第一航行路线为无人机至所述某一平面时的最小移动距离；判断模块，配置为判断无人机与所述某一平面的间距是否达到预设间距值；第二确定模块，配置为若无人机与所述某一平面的间距达到预设间距值，测量无人机的不同角度与另一平面的距离，并确定无人机的第二航行角度和第二航行路线，直至无人机移动至目标点的正上方，其中，所述第二航行角度为无人机至所述另一平面时的最小移动距离的姿态角度，所述第二航行路线为无人机至所述另一平面时的最小移动距离。
第三方面，提供一种电子设备，其包括：至少一个处理器，以及与所述至少一个处理器通信连接的存储器，其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行本发明任一实施例的无人机进狭窄空间的路径规划方法的步骤。
第四方面，本发明还提供一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括存储在非易失性计算机可读存储介质上的计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，当所述程序指令被计算机执行时，使所述计算机执行本发明任一实施例的无人机进狭窄空间的路径规划方法的步骤。
本申请的无人机进狭窄空间的路径规划方法及装置，通过测量不同角度无人机与各个不同面的距离，求出无人机与平面最小距离的角度为无人机的航行角度，通过调整无人机姿态来改变无人机的航向，最终使无人机沿着确定的路径到达目标位置，这样提高了无人机工作的效率，保证无人机实现在狭窄空间内预定位置着陆。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，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。
图1为本发明一实施例提供的一种无人机进狭窄空间的路径规划方法的流程图；
图2为本发明一实施例提供的一个具体实施例的无人机进狭窄空间的飞行路径示意图；
图3为本发明一实施例提供的一个具体实施例的无人机进狭窄空间的路径规划方法流程图；
图4为本发明一实施例提供的一种无人机进狭窄空间的路径规划装置的结构框图；
图5是本发明一实施例提供的电子设备的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中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作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。
请参阅图1，其示出了本申请的无人机进狭窄空间的路径规划方法以实施例的流程图。
如图1所示，在S101中，建立三维坐标系，并对狭窄空间进行三维划分为至少三个平面；
在S102中，测量无人机的不同角度与某一平面的距离，并确定无人机的第一航行角度和第一航行路线，其中，所述第一航行角度为无人机至所述某一平面时的最小移动距离的姿态角度，所述第一航行路线为无人机至所述某一平面时的最小移动距离；
在S103中，判断无人机与所述某一平面的间距是否达到预设间距值；
在S104中，若无人机与所述某一平面的间距达到预设间距值，测量无人机的不同角度与另一平面的距离，并确定无人机的第二航行角度和第二航行路线，直至无人机移动至目标点的正上方，其中，所述第二航行角度为无人机至所述另一平面时的最小移动距离的姿态角度，所述第二航行路线为无人机至所述另一平面时的最小移动距离。
本实施例的方法采用测量不同角度无人机与各个不同面的距离，求出无人机与平面最小距离的角度为无人机的航行角度，通过调整无人机姿态来改变无人机的航向，实时判断无人机与某一平面的间距是否达到预设间距值，在达到预设间距值后，再次测量无人机与其他平面的最小距离，最终使无人机沿着确定的路径到达目标位置，例如，在狭窄空间存在多个拐点时，测量不同角度无人机与某一平面的距离，使得无人机沿着最小距离的路线飞行，在无人机至某一平面的间距达到预设间距值时，测量无人机与另一平面的距离，使得无人机沿着无人机与另一平面的最小距离的路线飞行，使得无人机能够有效地越过狭窄空间中的拐点，这样提高了无人机工作的效率，保证无人机实现在狭窄空间内预定位置着陆。
具体地，采用超声波传感器实现测量无人机与某一平面的距离。
在一些可选的实施例中，所述方法还包括在无人机移动至目标点的正上方时，驱动所述无人机垂直降落至目标点。
在一些可选的实施例中，所述方法还包括基于GPS定位控制无人机到达狭窄空间外的指定位置。
需要说明的是，上述方法步骤并不用于限制各步骤的执行顺序，实际上，某些步骤可能会同时执行或者以与步骤限定的相反的顺序执行，本申请在此没有限制。
如图2所示，建立以XYZ为坐标轴的三维坐标系，确定目标点G点，无人机的飞行路径轨迹图。
进一步参阅图3，无人机进狭窄空间的路径规划方法包括以下步骤：
步骤一、无人机通过GPS定位从A点到达指定位置B点；
步骤二、把狭窄的三维空间分为XY、XZ、YZ三个平面，通过无人机前侧超声波传感器测量无人机在不同角度与YZ平面的距离，求出无人机与YZ平面垂直方向上的点为无人机与YZ平面的最小距离点，确定无人机的航行方向是与YZ平面垂直的方向；
步骤三、调整无人机的姿态使无人机的航向为图2中B点C点连线的方向；当无人机到达与YZ平面设定距离时，即图2中C点；根据无人机左侧超声波传感器测量自身位置与XZ平面的距离最小值点的方向来确定航行的方向，即无人机与XZ平面垂直的方向；
步骤四、调整无人机的姿态使其按照图2中C点D点连线的方向直线航行，当无人机到达与XZ平面设定距离时，即图2中D点；无人机开始垂直下降，并保持左侧超声波方向垂直于XZ平面，同时前侧超声波方向垂直于YZ平面下降，最终到达目标点G点。
上述方案，能够通过在无人机前侧、左侧以及底面安装一个超声波传感器来确定无人机的位置，对路径轨迹进行放大、细化等操作来减少无人机实际运动路径轨迹长度。
请参阅图4，其示出了本发明一实施例提供的无人机进狭窄空间的路径规划装置的结构框图。
如图4所示，路径规划装置200，包括划分模块210、第一确定模块220、判断模块230以及第二确定模块。
其中，划分模块210，配置为建立三维坐标系，并对狭窄空间进行三维划分为至少三个平面；第一确定模块220，配置为测量无人机的不同角度与某一平面的距离，并确定无人机的第一航行角度和第一航行路线，其中，所述第一航行角度为无人机至所述某一平面时的最小移动距离的姿态角度，所述第一航行路线为无人机至所述某一平面时的最小移动距离；判断模块230，配置为判断无人机与所述某一平面的间距是否达到预设间距值；第二确定模块240，配置为若无人机与所述某一平面的间距达到预设间距值，基于超声波传感器测量无人机的不同角度与另一平面的距离，并确定无人机的第二航行角度和第二航行路线，直至无人机移动至目标点的正上方，其中，所述第二航行角度为无人机至所述另一平面时的最小移动距离的姿态角度，所述第二航行路线为无人机至所述另一平面时的最小移动距离。
应当理解，图4中记载的诸模块与参考图1中描述的方法中的各个步骤相对应。由此，上文针对方法描述的操作和特征以及相应的技术效果同样适用于图4中的诸模块，在此不再赘述。
在另一些实施例中，本发明实施例还提供了一种非易失性计算机存储介质，计算机存储介质存储有计算机可执行指令，该计算机可执行指令可执行上述任意方法实施例中的无人机进狭窄空间的路径规划方法；
作为一种实施方式，本发明的非易失性计算机存储介质存储有计算机可执行指令，计算机可执行指令设置为：
建立三维坐标系，并对狭窄空间进行三维划分为至少三个平面；
测量无人机的不同角度与某一平面的距离，并确定无人机的第一航行角度和第一航行路线，其中，所述第一航行角度为无人机至所述某一平面时的最小移动距离的姿态角度，所述第一航行路线为无人机至所述某一平面时的最小移动距离；
判断无人机与所述某一平面的间距是否达到预设间距值；
若无人机与所述某一平面的间距达到预设间距值，基于超声波传感器测量无人机的不同角度与另一平面的距离，并确定无人机的第二航行角度和第二航行路线，直至无人机移动至目标点的正上方，其中，所述第二航行角度为无人机至所述另一平面时的最小移动距离的姿态角度，所述第二航行路线为无人机至所述另一平面时的最小移动距离。
非易失性计算机可读存储介质可以包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需要的应用程序；存储数据区可存储根据无人机进狭窄空间的路径规划装置的使用所创建的数据等。此外，非易失性计算机可读存储介质可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非易失性固态存储器件。在一些实施例中，非易失性计算机可读存储介质可选包括相对于处理器远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至无人机进狭窄空间的路径规划装置。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。
本发明实施例还提供一种计算机程序产品，计算机程序产品包括存储在非易失性计算机可读存储介质上的计算机程序，计算机程序包括程序指令，当程序指令被计算机执行时，使计算机执行上述任一项无人机进狭窄空间的路径规划方法。
图5是本发明实施例提供的电子设备的结构示意图，如图5所示，该设备包括：一个或多个处理器310以及存储器320，图5中以一个处理器310为例。无人机进狭窄空间的路径规划方法的设备还可以包括：输入装置330和输出装置340。处理器310、存储器320、输入装置330和输出装置340可以通过总线或者其他方式连接，图5中以通过总线连接为例。存储器320为上述的非易失性计算机可读存储介质。处理器310通过运行存储在存储器320中的非易失性软件程序、指令以及模块，从而执行服务器的各种功能应用以及数据处理，即实现上述方法实施例无人机进狭窄空间的路径规划方法。输入装置330可接收输入的数字或字符信息，以及产生与无人机进狭窄空间的路径规划装置的用户设置以及功能控制有关的键信号输入。输出装置340可包括显示屏等显示设备。
上述产品可执行本发明实施例所提供的方法，具备执行方法相应的功能模块和有益效果。未在本实施例中详尽描述的技术细节，可参见本发明实施例所提供的方法。
作为一种实施方式，上述电子设备应用于无人机进狭窄空间的路径规划装置中，用于客户端，包括：至少一个处理器；以及，与至少一个处理器通信连接的存储器；其中，存储器存储有可被至少一个处理器执行的指令，指令被至少一个处理器执行，以使至少一个处理器能够：
建立三维坐标系，并对狭窄空间进行三维划分为至少三个平面；
测量无人机的不同角度与某一平面的距离，并确定无人机的第一航行角度和第一航行路线，其中，所述第一航行角度为无人机至所述某一平面时的最小移动距离的姿态角度，所述第一航行路线为无人机至所述某一平面时的最小移动距离；
判断无人机与所述某一平面的间距是否达到预设间距值；
若无人机与所述某一平面的间距达到预设间距值，基于超声波传感器测量无人机的不同角度与另一平面的距离，并确定无人机的第二航行角度和第二航行路线，直至无人机移动至目标点的正上方，其中，所述第二航行角度为无人机至所述另一平面时的最小移动距离的姿态角度，所述第二航行路线为无人机至所述另一平面时的最小移动距离。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，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)执行各个实施例或者实施例的某些部分的方法。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；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：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (9)
1.一种无人机进狭窄空间的路径规划方法，其特征在于，包括：
建立三维坐标系，并对狭窄空间进行三维划分为至少三个平面；
测量无人机的不同角度与某一平面的距离，并确定无人机的第一航行角度和第一航行路线，其中，所述第一航行角度为无人机至所述某一平面时的最小移动距离的姿态角度，所述第一航行路线为无人机至所述某一平面时的最小移动距离；
判断无人机与所述某一平面的间距是否达到预设间距值；
若无人机与所述某一平面的间距达到预设间距值，测量无人机的不同角度与另一平面的距离，并确定无人机的第二航行角度和第二航行路线，直至无人机移动至目标点的正上方，其中，所述第二航行角度为无人机至所述另一平面时的最小移动距离的姿态角度，所述第二航行路线为无人机至所述另一平面时的最小移动距离。
2.根据权利要求1所述的一种无人机进狭窄空间的路径规划方法，其特征在于，在所述若无人机与所述某一平面的间距达到预设间距值，测量无人机的不同角度与另一平面的距离，并确定无人机的第二航行角度和第二航行路线，直至无人机移动至目标点的正上方之后，所述方法还包括驱动所述无人机垂直降落至目标点。
3.根据权利要求1所述的一种无人机进狭窄空间的路径规划方法，其特征在于，在测量无人机的不同角度与某一平面的距离，并确定无人机的第一航行角度和第一航行路线之前，所述方法还包括基于GPS定位控制无人机到达狭窄空间外的指定位置。
4.根据权利要求1所述的一种无人机进狭窄空间的路径规划方法，其特征在于，所述步骤二包括：基于超声波传感器测量无人机的不同角度与某一平面的距离，并确定无人机的第一航行角度和第一航行路线。
5.一种无人机进狭窄空间的路径规划装置，其特征在于，包括：
划分模块，配置为建立三维坐标系，并对狭窄空间进行三维划分为至少三个平面；
第一确定模块，配置为测量无人机的不同角度与某一平面的距离，并确定无人机的第一航行角度和第一航行路线，其中，所述第一航行角度为无人机至所述某一平面时的最小移动距离的姿态角度，所述第一航行路线为无人机至所述某一平面时的最小移动距离；
判断模块，配置为判断无人机与所述某一平面的间距是否达到预设间距值；
第二确定模块，配置为若无人机与所述某一平面的间距达到预设间距值，测量无人机的不同角度与另一平面的距离，并确定无人机的第二航行角度和第二航行路线，直至无人机移动至目标点的正上方，其中，所述第二航行角度为无人机至所述另一平面时的最小移动距离的姿态角度，所述第二航行路线为无人机至所述另一平面时的最小移动距离。
6.根据权利要求5所述的一种无人机进狭窄空间的路径规划装置，其特征在于，所述装置还包括驱动模块，配置为在无人机移动至目标点的正上方时，驱动所述无人机垂直降落至目标点。
7.根据权利要求5所述的一种无人机进狭窄空间的路径规划装置，其特征在于，所述装置还包括控制模块，配置为基于GPS定位控制无人机到达狭窄空间外的指定位置。
8.一种电子设备，其包括：至少一个处理器，以及与所述至少一个处理器通信连接的存储器，其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行权利要求1至4任一项所述方法的步骤。
9.一种存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述程序被处理器执行时实现权利要求1至4任一项所述方法的步骤。
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