[发明专利]一种用于大型桥梁检测的无人机多环境切换的控制方法

说明书

本发明涉及一种用于大型桥梁检测的无人机多环境切换的控制方法，由传感器对未知环境进行数据采集，并发送到快速导航模块、SLAM算法模块、运动决策与规划模块和路径跟踪模块进行数据处理后，计算得到期望姿态并发送到姿态控制模块，姿态控制模块选择相应的第二飞行模态，同时根据当前的第一飞行模态计算第一舵面偏角指令，以第一舵面偏角指令为目标对第二飞行模态对应的第二控制律的积分器进行形式变换，得到第二飞行模态对应的切换初值，姿态控制模块根据切换初值计算得到第二舵面偏角指令，第二舵面偏角指令与第一舵面偏角指令数值相等。与现有技术相比，本发明具有实现不同飞行模态之间的平滑切换、提高无人机飞行的稳定性等优点。

技术领域

本发明涉及无人机辅助检测领域，尤其是涉及一种用于大型桥梁检测的无人机多环境切换的控制方法。

背景技术

由于养护单位缺少高空作业、船舶等相关的专业检测设备，造成大型、特大型桥梁的高空塔柱、缆索及钢管拱顶等特殊重要构件的检测工作难以正常进行，造成桥梁特殊结构部位的病害不能及时被发现并处理，长此以往对重要桥梁的管理养护是极为不利的。因此使用无人机可轻松获得桥梁高空及水面构件的航拍影像资料，通过无人机影像的实时传输并结合分析设备、软件来检查桥梁特殊重要构件的健康状况，了解桥梁特殊结构部位是否发生病害等情况。

目前应用较多的为四旋翼飞行器，其特点：1)起飞、降落平稳；2)能实现空中悬停，悬停时顺、逆时针可定位旋转；3)可分前、后、左、右4个方向自由飞行，有利于及时调整飞行轨迹和拍摄角度，以观测和采集稳定、清晰的影像数据；

4)利用GPS系统进行无人机的空中定位及控制导航，并用高清摄像头模块进行航拍，辅以超声波或视觉检测来保障无人机的飞行安全。

但将普通无人机直接应用于桥梁检测中还存在一些问题：1)桥下GPS信号弱、空旷地带高空风力大等造成无人机在空中无法稳定悬停拍摄；2)拍摄的影像资料仅仅反映病害位置、类型，无法获得像混凝土裂缝宽度、长度等量化信息，给桥梁维修加固方案的选择造成困扰；3)功能形式单一，仅能应用于影像资料。且无人机在多种环境下进行切换相应的模式时存在较大的延迟，且不同模式之间的连续性较差，无人机在模式切换的瞬间存在较大波动，影响正常飞行。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的无人机在模式切换时稳定性较差影响正常飞行的缺陷而提供一种用于大型桥梁检测的无人机多环境切换的控制方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种用于大型桥梁检测的无人机多环境切换的控制方法，设于无人机上的传感器对未知环境进行数据采集，并将采集的数据发送到无人机的快速导航模块、SLAM算法模块、运动决策与规划模块和路径跟踪模块进行数据处理后，计算得到期望姿态并发送到姿态控制模块，所述姿态控制模块根据期望姿态选择相应的第二飞行模态，同时根据当前的第一飞行模态计算第一舵面偏角指令，以所述第一舵面偏角指令为目标对第二飞行模态对应的第二控制律的积分器进行形式变换，得到第二飞行模态对应的切换初值，所述姿态控制模块根据切换初值计算得到第二舵面偏角指令，所述第二舵面偏角指令与第一舵面偏角指令数值相等。

所述姿态控制模块根据第二舵面偏角指令生成控制信号来对无人机进行控制，有效解决包含未知扰动的无人机姿态控制问题。

所述姿态控制模块中对第二飞行模态对应的第二控制律的积分器进行形式变换具体为拆分成由比例和积分组成的基本单元结构，形式变换过程的公式具体如下所示：

其中，G_jz(s)为形式变换函数，a、b、c和d为形式变换的过程参数，s为传递函数在时域中时间参数t转化为复域中的参数。

所述传感器采集的数据具体包括环境信息和无人机运动信息。

所述快速导航模块根据所述环境信息和无人机运动信息计算得到无人机的运动增量。