[发明专利]一种基于激光雷达的自主飞行四旋翼穿行隧道方法

权利要求书

1.一种基于激光雷达的自主飞行四旋翼穿行隧道方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)、控制自主飞行四旋翼驶入隧道井口

(1.1)、自主飞行四旋翼上电初始化；

(1.2)、手动起飞自主飞行四旋翼，使自主飞行四旋翼离地面距离h₁，再通过遥控器切换自主飞行四旋翼为定高飞行模式；

(1.3)、飞行控制模块给板载计算机一模式转换信号，使板载计算机驱动激光雷达工作；

(1.4)、激光雷达以固定频率f₀给板载计算机返回当前环境的二维点云数据，板载计算机收到二维点云数据后，以频率f₁建立二维地图，同时又以固定频率f₀'向飞行控制模块发送通过建立二维地图所得到的自主飞行四旋翼的当前位置信息；

(1.5)、获取到自主飞行四旋翼的当前位置信息后，飞行控制模块从定高飞行模式自动切换到定点飞行模式；

(1.6)、在定点飞行模式下，板载计算机根据二维地图找到自主飞行四旋翼前方隧道井口处一点a，经过点a横向作线段，交于隧道左、右两侧墙壁于点b、c，同时纵向作线段，交于前方隧道墙壁于点d；

若adab，则沿ad方向继续寻找合适目标点；若adab，则沿da方向寻找合适目标点，使得目标点到隧道入口的前、左、右三面的距离相等，即ab＝ac＝ad；

(1.7)、飞行控制模块控制自主飞行四旋翼到达目标点；

(2)、控制自主飞行四旋翼从隧道井口驶入隧道入口

飞行控制模块控制自主飞行四旋翼从目标点处垂直下降至距离隧道底部h₂处，即隧道入口；

(3)、飞行控制模块控制自主飞行四旋翼自动导航穿行隧道

(3.1)、飞行控制模块向板载计算机发送指令，按照步骤(1.4)所述方法重新建立二维地图，并根据新建二维地图获取自主飞行四旋翼的当前位置信息；

(3.2)、板载计算机根据新建二维地图找到距离自主飞行四旋翼机头前方l₁处一点，利用该点横向作线段，交于隧道两侧墙壁，再取线段中点记为点A，若点A处有障碍物，则自主飞行四旋翼保持之前的飞行状态，若点A处无障碍物，则进入步骤(3.3)；

(3.3)、板载计算机根据新建二维地图找到距离自主飞行四旋翼机头前方l₂处一点B，l₂＞l₁，若点B处有障碍物，则以点A为当前目标点，控制自主飞行四旋翼自动导航到达点A，若点B处无障碍物，则进入步骤(3.4)；

(3.4)、板载计算机在新建二维地图中取AB的连线方向为隧道的走势方向，再确定该方向上距离自主飞行四旋翼机头前方l₃处一点，l₃＞l₂；同样利用该点作线段，交于隧道两侧墙壁，再取线段中点记为点C，若点C处有障碍物，则以点B为当前目标点，控制自主飞行四旋翼自动导航到达点B，若点C处无障碍物，选取点C为当前目标点，并控制自主飞行四旋翼自动导航到达点C；

(3.5)、判断自主飞行四旋翼的当前位置与当前目标点的位置是否在半径为R的误差范围内，如果在误差范围内，则成功通过隧道，否则返回步骤(3.2)；

(4)、控制自主飞行四旋翼从隧道出口驶离隧道井口

飞行控制模块控制自主飞行四旋翼从隧道出口处垂直上升，直到驶离隧道井口，用户再通过遥控器切换自主飞行四旋翼为手动模式，并手动降落。

2.根据权利要求1所述的基于激光雷达的自主飞行四旋翼穿行隧道方法，其特征在于，所述的定高飞行模式是通过自主飞行四旋翼底部安装的超声波传感器与机载加速度传感器融合来实现定高控制；

所述定点飞行模式是通过自主飞行四旋翼当前位置信息与机载加速度传感融合来实现定点控制；

所述自动导航是通过板载计算机控制自主飞行四旋翼逐个到达由所建立的二维地图生成的当前点与目标点之间一系列路径点来实现导航飞行。