[发明专利]一种基于激光雷达的无人机避障系统及控制方法

说明书

本发明具体涉及一种基于激光雷达的无人机避障系统及控制方法，属于无人机避障系统领域。避障系统包括：无人机主体、避障模块、激光雷达模块；所述无人机主体为具有独立飞行功能的多旋翼无人机；所述无人机主体的控制系统包括主控制器、主板、飞行控制器和电源；控制方法包括：1)获得对应周围环境的雷达信号；2)雷达信号传送至构图程序；3)绘制出体现无人机附近环境特征的地形图；4)得出当前位置至目标位置，避开所有障碍物后的最短路线；5)得出无人机的动作要求；6)得出与其对应的控制指令，控制无人机做出相应动作。

技术领域

本发明属于无人机避障系统领域，具体涉及一种基于激光雷达的无人机避障系统及控制方法。

背景技术

目前市面上的无人机，其避障原理多采用基于摄像头的双目避障、红外避障等方式，其缺点是，在强光或黑暗环境下避障效果受到非常大的影响，且技术门槛高，算法开发难度较大。同时，双目避障设备的购买成本较为昂贵，也为其在无人机应用上的推广带来了一定的约束。

发明内容

针对上述存在的技术问题，本发明提供一种基于激光雷达的无人机避障系统，包括：无人机主体、避障模块、激光雷达模块；

所述无人机主体为具有独立飞行功能的多旋翼无人机；

所述无人机主体的控制系统包括主控制器、主板、飞行控制器和电源；

所述电源通过主板分别与主控制器、飞行控制器、避障模块连接并供电；

所述主控制器通过主板与飞行控制器连接，用于执行串口收到的指令，控制飞行器姿态和移动；

所述飞行控制器用于控制无人机的飞行动作；

所述激光雷达模块与避障模块连接；

所述避障模块与主控制器连接；

所述避障模块采用Raspberry Pi 3，其装载Linux系统Debian发行版作为操作系统；

所述操作系统上装载Indigo版本ROS机器人操作系统；

所述机器人操作系统上运行有飞行控制程序、激光雷达程序、导航程序、构图程序、路径规划程序；

所述激光雷达程序用于控制激光雷达模块的工作状态，并将其反馈的雷达信号传送至构图程序；

所述构图程序用于根据雷达信号，绘制出体现无人机附近环境特征的地形图；

所述路径规划程序用于根据所述地形图中的环境特征，得出当前位置至目标位置的最短路线；

所述导航程序用于根据所述最短路线，得出无人机的动作要求，使无人机按照动作要求进行飞行后，其飞行路线能够符合所述最短路线；

所述飞行控制程序用于根据所述动作要求，得出与其对应的控制指令，并通过主控制器和主板将控制指令发送至飞行控制器，从而使飞行控制器控制无人机做出相应动作。

所述主控制器采用Arduino Mega 2560单片机，运行PID程序。

所述飞行控制器为APM2.8开源飞控。

所述避障模块与主控制器之间采用USB连接。

所述基于激光雷达的无人机避障系统，还包括基站，用于运行ROS机器人操作系统的工具软件Rviz；所述Rviz用于观察构图程序输出的地形图，以及导航程序指示的最短路线。

所述基站采用PC或手机。

一种基于激光雷达的无人机避障系统的控制方法，采用上述的基于激光雷达的无人机避障系统，包括以下步骤：