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无人机室内救援自主避障技术介绍(竞赛篇)

2019年12月20日

一、

室内救援对避障技术的要求

无人机的室内救援任务主要有三大要求:其一,是飞行姿态的稳定性要求。空中机器人(即无人机)在执行任务过程中必须保持飞行轨迹平滑,高度基本不变,这也是对飞行器的基础要求;其二,是对障碍物的精准识别及规避;其三,要求无人机完成规避后恢复预定轨迹。


图1 无人机输送救援物资


二、

避障技术发展阶段及方式

无人机避障技术可简单分为三个阶段:感知障碍物并停止阶段;获取障碍物深度图像自主绕开阶段;建立区域地图合理规划路径阶段。这三个避障技术对应到几种传感器有:超声波、毫米波、激光红外、双目视觉、电子地图等。这几种避障方式技术原理不同,因此适用的场景也会因需而议。之前我们有简单介绍过三种常见避障传感器的优劣势,各位可以参考


图2 常见三大传感器(左至右 激光雷达、红外、毫米波雷达)


三、

四旋翼无人机避障案例(室内竞赛方案)

本案例基于室内竞赛方案,开发基于激光雷达的室内自主避障功能的四旋翼无人机,模拟存在障碍物情况下的室内环境,能实现全自动规避障碍,返回既定轨迹,达到目标位置的功能。


与实际救援场景不同,竞赛的主要难点在于,在没有足够参照物的条件下,如何在完成规避任务后,回到既定的轨迹上。为解决以上要求,可以将四旋翼避障无人机分为飞行姿态控制及解算模块、前向及对地激光测距模块、摄像寻线模块、光流定点模块四大部分。

图3 传感器模块结构分布图


为了保证四旋翼在自主避让障碍物过程中时刻保持在飞行区域中央位置,可以采用对地摄像头OPENMV以辅助对航线判定。当检测到左侧出现边际线时,飞行器向右修正;当检测到右侧出现边际线时,飞行器向左修正,以保障飞行航线。同时,利用北醒激光测距模块检测机体与障碍物之间的距离并通过其反馈值,实现四旋翼对障碍物的识别及机体与障碍物的距离保持。


智能化无人机离不开传感器的加持,相信科学运用各项传感器技术,能够助力无人机更快深入到安防、运输、建筑、农业等各个领域,迎来真正的无人机大时代。


关于北醒

北醒专注于固态激光雷达(智能传感器—TF测距传感器系列、CE30 3D传感器系列)的研发与生产,产品可广泛应用于无人驾驶、无人机、机器人、AGV、智能交通、工业自动化、物联网等领域。


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