[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

说明书

本发明公开了一种基于激光雷达的自主飞行四旋翼穿行隧道方法，利用自主飞行四旋翼自主寻找入口并进入隧道，在隧道内部，再通过激光雷达对自主飞行四旋翼实现自主导航飞行，在飞行的同时结合自带的摄像头对隧道内部电缆及周边情况进行实时检测，最后自主飞出隧道，整个过程无须人工干预，具有良好的自主飞行及导航能力，还具有检测范围广、速度快、精确度高等特点。

技术领域

本发明属于飞行控制技术领域，更为具体地讲，涉及一种基于激光雷达的自主飞行四旋翼穿行隧道方法。

背景技术

近年来，在大型城市的发展中，以地下电缆方式取代传统的架空线路已经成为主流。统计表明，在许多现代化都市中，地下输电线路的比例已经超过70％。电缆隧道作为容纳电缆数量较多、有供安装和巡视的通道的全封闭地下构筑物，是地下电缆的最佳承载方式，随着地下电缆的普及，如何定期对封闭隧道进行检测并预防突发情况成为了急需解决的问题。

由此人们提出了利用有轨机器人或者人工进行定期检测。其中，有轨机器人主要是依托轨道进行运动的，轨道铺设在隧道顶部或底部，机器人通过自身电机的旋转或者轨道的传动，沿着轨道在隧道内穿行，并且通过机器人搭载的相关传感器对隧道进行实时检测；但隧道长度的不确定性会增加轨道铺设的成本，同时一旦隧道发生险情，轨道也极大地限制了机器人在隧道内的通过性，所以这些检测方法都有相当大的局限性，而能够对隧道进行自主，全面检测的无人装置却没有出现。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于激光雷达的自主飞行四旋翼穿行隧道方法，利用自主飞行四旋翼自主寻找入口并进入隧道，在隧道内部实现自主导航飞行，并实时检测隧道内部电缆及周边情况，最后自主飞出隧道。

为实现上述发明目的，本发明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穿自动导航行隧道