本發(fā)明涉及適用于智能飛行器避障，更具體地，涉及一種智能飛行器自主導(dǎo)航與避障方法，以及涉及一種智能飛行器自主導(dǎo)航與避障的系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
1、智能飛行器，是現(xiàn)代科技的一個(gè)巔峰成果。代表著人類科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，給我們帶來了前所未有的飛行體驗(yàn)和便利。智能飛行器的出現(xiàn)，使我們能夠突破地理限制，探索未知領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)飛行夢(mèng)想。
2、首先，智能飛行器是指一種能夠自主飛行、感知環(huán)境并做出相應(yīng)決策的航空器。不同于傳統(tǒng)飛行器，智能飛行器配備了各種高科技設(shè)備，如傳感器、攝像頭、全球定位系統(tǒng)等，能夠?qū)崟r(shí)獲取環(huán)境信息并做出智能反應(yīng)。它通過內(nèi)置的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和處理，使其能夠更加智能地執(zhí)行任務(wù)。
3、現(xiàn)有飛行器導(dǎo)航避障技術(shù)存在以下問題：
4、環(huán)境感知不足：依賴單一傳感器易受干擾，難以應(yīng)對(duì)復(fù)雜動(dòng)態(tài)場(chǎng)景。
5、實(shí)時(shí)性差：傳統(tǒng)避障算法在動(dòng)態(tài)障礙物場(chǎng)景下響應(yīng)滯后。
6、路徑規(guī)劃僵化：全局規(guī)劃與局部避障缺乏協(xié)同，導(dǎo)致飛行器頻繁陷入局部最優(yōu)或重復(fù)調(diào)整路徑。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種智能飛行器自主導(dǎo)航與避障方法及系統(tǒng)的新技術(shù)方案。
2、根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種智能飛行器自主導(dǎo)航與避障方法，包括以下步驟：
3、s1、多模態(tài)數(shù)據(jù)采集：采集多模態(tài)數(shù)據(jù)，并且將多模態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，然后將數(shù)據(jù)進(jìn)行融合，生成三維環(huán)境地圖；
4、s2、生成運(yùn)動(dòng)路徑：接收三維環(huán)境地圖，并且在三維環(huán)境地圖上生成預(yù)設(shè)路徑；
5、s3、預(yù)測(cè)障礙物路徑：識(shí)別障礙物，并且通過障礙物運(yùn)動(dòng)預(yù)測(cè)模型預(yù)測(cè)障礙物路徑；
6、s4、飛行避障：判定預(yù)設(shè)路徑與障礙物路徑的碰撞交點(diǎn)，并且動(dòng)態(tài)調(diào)整飛行器俯仰角、橫滾角及偏航角，通過pid控制實(shí)現(xiàn)平滑機(jī)動(dòng)，避免急?；蚨秳?dòng)。
7、一種智能飛行器自主導(dǎo)航與避障的系統(tǒng)，包括傳感器組、邊緣計(jì)算單元、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、環(huán)境感知與定位模塊、決策控制模塊和通信模塊；
8、所述傳感器組中包括雙目視覺攝像頭和集成激光雷達(dá)，所述雙目視覺攝像頭用于采集視覺數(shù)據(jù)，所述集成激光雷達(dá)用于采集雷達(dá)數(shù)據(jù)，獲得環(huán)境數(shù)據(jù)和障礙物數(shù)據(jù)；
9、所述邊緣計(jì)算單元進(jìn)行各種算法的計(jì)算分析處理，包括對(duì)多模態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理的處理模塊，將數(shù)據(jù)進(jìn)行融合，生成三維環(huán)境地圖，并且進(jìn)行預(yù)設(shè)路徑和障礙物路徑生成的環(huán)境感知與定位模塊，判定預(yù)設(shè)路徑與障礙物路徑的碰撞交點(diǎn)，并且動(dòng)態(tài)調(diào)整飛行器俯仰角、橫滾角及偏航角，制定避讓路徑的決策控制模塊；
10、所述執(zhí)行機(jī)構(gòu)中包括無刷電機(jī)和舵機(jī)控制器，所述無刷電機(jī)和所述舵機(jī)控制器用于控制調(diào)節(jié)飛行角度、方向和速度；
11、所述通信模塊支持多飛行器與所述邊緣計(jì)算單元進(jìn)行數(shù)據(jù)信息傳輸，以及實(shí)現(xiàn)飛行器與遙控器之間數(shù)據(jù)信息傳輸。
12、本發(fā)明的有益效果：
13、多模態(tài)數(shù)據(jù)融合與三維環(huán)境地圖生成：通過集成激光雷達(dá)和雙目視覺采集數(shù)據(jù)信息，并且對(duì)雷達(dá)數(shù)據(jù)和激光數(shù)據(jù)進(jìn)行融合，實(shí)現(xiàn)高精度三維環(huán)境地圖的構(gòu)建，能夠在復(fù)雜動(dòng)態(tài)環(huán)境中提供準(zhǔn)確的地理信息，為路徑規(guī)劃和障礙物識(shí)別奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)；
14、引入語義標(biāo)簽幫助識(shí)別障礙物類型，幾何一致性評(píng)分確保障礙物的真實(shí)性和可靠性，雷達(dá)反射強(qiáng)度和點(diǎn)云密度提供空間分布和材質(zhì)信息；動(dòng)態(tài)障礙物預(yù)測(cè)模型結(jié)合語義標(biāo)簽和幾何一致性評(píng)分，確保預(yù)測(cè)的障礙物軌跡準(zhǔn)確可靠。雷達(dá)反射強(qiáng)度和點(diǎn)云密度提供了障礙物的實(shí)時(shí)狀態(tài)信息，動(dòng)態(tài)調(diào)整避障策略；基于預(yù)測(cè)的障礙物路徑，飛行器的路徑規(guī)劃能夠動(dòng)態(tài)調(diào)整，避開高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域，語義標(biāo)簽和幾何一致性評(píng)分確保障礙物識(shí)別的準(zhǔn)確性，反射強(qiáng)度和點(diǎn)云密度幫助飛行器判斷障礙物是否為可穿越區(qū)域；
15、動(dòng)態(tài)障礙物路徑預(yù)測(cè)與避障決策：基于馬爾可夫鏈模型，動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)障礙物的運(yùn)動(dòng)軌跡，通過狀態(tài)轉(zhuǎn)移概率矩陣模擬障礙物行為，預(yù)測(cè)其未來位置和路徑，實(shí)時(shí)調(diào)整避障策略；
16、自適應(yīng)姿態(tài)控制與平滑機(jī)動(dòng)：根據(jù)預(yù)設(shè)路徑與障礙物路徑的碰撞交點(diǎn)，動(dòng)態(tài)調(diào)整飛行器的俯仰角、橫滾角及偏航角，通過pid控制器實(shí)現(xiàn)平滑機(jī)動(dòng)，避免急?；蚨秳?dòng)；自適應(yīng)姿態(tài)控制能夠確保飛行器在避障過程中保持穩(wěn)定，提升整體飛行性能；
17、系統(tǒng)架構(gòu)的高效實(shí)現(xiàn)：系統(tǒng)采用模塊化架構(gòu)，包括傳感器組、邊緣計(jì)算單元、執(zhí)行機(jī)構(gòu)和通信模塊；傳感器組提供多源數(shù)據(jù)輸入，邊緣計(jì)算單元處理數(shù)據(jù)并生成三維環(huán)境地圖，執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制飛行器動(dòng)作，通信模塊確保數(shù)據(jù)共享和指揮控制；保證了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和可靠性，使飛行器能夠在復(fù)雜環(huán)境中安全、高效地執(zhí)行任務(wù)；
18、綜上所述，本發(fā)明通過多模態(tài)數(shù)據(jù)融合、三維環(huán)境地圖生成、動(dòng)態(tài)障礙物預(yù)測(cè)、路徑規(guī)劃與姿態(tài)控制提升了飛行器的自主導(dǎo)航與避障能力；在密集城市環(huán)境、森林區(qū)域、動(dòng)態(tài)交通場(chǎng)景等多種復(fù)雜環(huán)境下，實(shí)現(xiàn)高效、安全的飛行。
19、通過以下參照附圖對(duì)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它特征及其優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得清楚。
1.一種智能飛行器自主導(dǎo)航與避障方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種智能飛行器自主導(dǎo)航與避障方法，其特征在于：所述s1中的采集多模態(tài)數(shù)據(jù)包括視覺數(shù)據(jù)和雷達(dá)數(shù)據(jù)，所述視覺數(shù)據(jù)通過雙目視覺攝像頭進(jìn)行拍攝，所述雷達(dá)數(shù)據(jù)通過集成激光雷達(dá)進(jìn)行采集；
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種智能飛行器自主導(dǎo)航與避障方法，其特征在于：所述視覺數(shù)據(jù)中包括特征點(diǎn)的像素坐標(biāo)、深度、語義標(biāo)簽和幾何一致性評(píng)分，并且將像素坐標(biāo)、深度、語義標(biāo)簽和幾何一致性評(píng)分進(jìn)行生成視覺數(shù)據(jù)組。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種智能飛行器自主導(dǎo)航與避障方法，其特征在于：所述雷達(dá)數(shù)據(jù)中包括點(diǎn)云三維坐標(biāo)、反射強(qiáng)度和點(diǎn)云密度，并且將點(diǎn)云三維坐標(biāo)、反射強(qiáng)度和點(diǎn)云密度生成激光數(shù)據(jù)組。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種智能飛行器自主導(dǎo)航與避障方法，其特征在于：所述s2中的預(yù)設(shè)路徑的生成步驟如下：
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種智能飛行器自主導(dǎo)航與避障方法，其特征在于：所述s3中的障礙物運(yùn)動(dòng)預(yù)測(cè)模型采用的是基于馬爾可夫鏈的障礙物路徑。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種智能飛行器自主導(dǎo)航與避障方法，其特征在于：所述s4中的pid控制用于飛行器姿態(tài)的動(dòng)態(tài)調(diào)整，目標(biāo)是將交點(diǎn)位置誤差映射到姿態(tài)調(diào)整量；
8.一種智能飛行器自主導(dǎo)航與避障的系統(tǒng)，該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于：包括傳感器組、邊緣計(jì)算單元、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、環(huán)境感知與定位模塊、決策控制模塊和通信模塊；