【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及無人機技術(shù)，具體涉及一種用于檸檬果園的植保無人機自主避障軌跡規(guī)劃方法、存儲介質(zhì)及計算機設(shè)備。
技術(shù)介紹
1、檸檬是具有很高營養(yǎng)和藥用價值的綠色水果，到了21世紀(jì)后，隨著中國人民的生活水平提高，對檸檬的需求量快速增加，這也促使了中國檸檬種植的快速發(fā)展。由于人均耕地面積少，中國南方地區(qū)的檸檬果樹多種植在山地丘陵地帶，且果樹種植普遍因勢利導(dǎo)，采用非結(jié)構(gòu)化種植方式。受地形條件和種植條件限制，地面噴霧機具難以在丘陵山地果園內(nèi)無障礙通行。目前檸檬果園的植保作業(yè)仍以人工噴藥為主，工作量繁重，植保作業(yè)的強度很大，需要投入大量的人力物力。亟需解決因種植地域非結(jié)構(gòu)化問題，無人機作業(yè)過程中的路徑避障問題。一般來說，植保無人機噴灑作業(yè)時，路徑規(guī)劃通常是離線進行的，通過地面站地圖進行路徑點的選擇，生成一條“π”形狀的路徑。然而，果園中通常會有些障礙物，如電線桿、路燈桿、高度不一致的樹木等。這都會對植保無人機執(zhí)行路徑任務(wù)時造成安全威脅。當(dāng)前大部分關(guān)于植保無人機路徑規(guī)劃算法主要集中于對傳統(tǒng)路徑搜索算法的改進優(yōu)化，這些研究在算法效率上取得了提升。然而，它們忽視了后端優(yōu)化，特別是在軌跡光滑性、安全性和動力學(xué)可行性上的優(yōu)化。這會導(dǎo)致軌跡質(zhì)量不佳以及存在不必要的轉(zhuǎn)彎，難以保證植保無人機的飛行穩(wěn)定性。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、本專利技術(shù)的第一目的是為了克服以上現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供了一種用于檸檬果園的植保無人機自主避障軌跡規(guī)劃方法。此用于檸檬果園的植保無人機自主避障軌跡規(guī)劃方法克服了傳統(tǒng)方法的缺陷，具有高效、準(zhǔn)
2、本專利技術(shù)的第二目的是提供了一種存儲介質(zhì)。
3、本專利技術(shù)的第三目的是提供了一種計算機設(shè)備。
4、本專利技術(shù)的目的通過以下的技術(shù)方案實現(xiàn)：本用于檸檬果園的植保無人機自主避障軌跡規(guī)劃方法，包括以下步驟：
5、s1、基于果園的作業(yè)范圍，確定無人機每個作業(yè)路徑點及各個作業(yè)路徑點之間的連接順序，連接各個作業(yè)路徑點以生成全局路徑；
6、s2、將全局路徑擬合成全局b樣條軌跡；
7、s3、構(gòu)建路徑引導(dǎo)優(yōu)化函數(shù)，減少b樣條軌跡的控制點與幾何引導(dǎo)路徑采集點的距離，使b樣條軌跡貼合幾何引導(dǎo)路徑，令全局b樣條軌跡優(yōu)化成預(yù)熱軌跡；
8、s4、構(gòu)建代價函數(shù)，以對預(yù)熱軌跡進行優(yōu)化，生成滿足要求的自主規(guī)避軌跡。
9、在步驟s2和s3之間還存在以下步驟：
10、基于障礙地圖進行全局b樣條軌跡可行性檢測，當(dāng)檢測到預(yù)定的軌跡會穿過障礙物時，則在局部地圖范圍內(nèi)采用a*算法尋找一條初步的無碰撞路徑。
11、步驟s1中，各個作業(yè)路徑點的確定包括以下步驟：
12、在植保無人機上搭載云臺和相機獲取檸檬果園的圖像，其中云臺安裝角度為45°～60°之間，云臺俯仰角度為75°～90°之間，根據(jù)獲取圖像確定每個路徑點的位置。
13、步驟s2中全局b樣條軌跡的擬合過程如下：
14、s21、令用于擬合的全局b樣條軌跡的控制點的個數(shù)為2l，其中1為全局路徑的長度，每個控制點的間隔距離為0.5m；
15、s22、令無人機在檸檬果園中每個無人機路徑點為di，則全局b樣條軌跡的表達式為：
16、
17、其中，n為控制點的數(shù)量，i為自然數(shù)，pb為全局b樣條軌跡的階數(shù)，ti為節(jié)點向量，qi為控制點。
18、在步驟s2和s3還包括以下步驟：
19、無人機執(zhí)行全局b樣條軌跡，并基于障礙物地圖進行軌跡可行性檢測，如果檢測到預(yù)定軌跡將會穿過障礙物，則在局部地圖范圍內(nèi)采用a*算法尋找一條初步的無碰撞路徑。
20、判斷預(yù)定軌跡是否會穿過障礙物的步驟為：
21、定義障礙物上的點為ob(x1,y1,z1)，定義ob到全局b樣條軌跡上距離最近點為τi(x2,y2,z2)，ob到τi的距離di為：
22、
23、如果di＜dthr1，其中dthr1為植保無人機的1.5倍軸距dwb，則認為軌跡穿過障礙物。
24、步驟s3包括以下具體步驟：
25、s31、構(gòu)建軌跡光滑性代價函數(shù)fs：
26、
27、其中，line(qi-1qi+1)是全局b樣條軌跡控制點qi-1與qi+1連接成的直線，上式表示最小化qi到直線line(qi-1qi+1)之間的距離；
28、s32、令b樣條上每個控制點qi在引導(dǎo)路徑上都分配一個關(guān)聯(lián)點gi，gi在引導(dǎo)路徑上均勻采樣，qi與di之間的歐式距離總和為fd，即fd是懲罰引導(dǎo)路徑和全局b樣條軌跡之間的距離函數(shù)：
29、
30、s33、構(gòu)建路徑引導(dǎo)優(yōu)化函數(shù)為：
31、ftotal1＝λ1sfs+λ1dfd；
32、其中，fs是軌跡光滑性代價函數(shù)，fd是懲罰引導(dǎo)路徑和全局b樣條軌跡之間的距離函數(shù)；
33、s34、找到qinew的坐標(biāo)值使得ftotal1達到最小值，確定預(yù)熱軌跡的表達式為：
34、
35、其中，
36、步驟s4包括以下具體步驟：
37、s41、構(gòu)建碰撞代價函數(shù)fc：
38、
39、
40、其中，d(qi)是避障軌跡的控制點qi到最近檸檬果園障礙物之間的距離，lc(d(qi))是關(guān)于d(qi)的分段函數(shù)，dthr2是定義的控制點到最近檸檬果園障礙物最小距離閾值；
41、s42、構(gòu)建無人機速度fv和加速度的代價函數(shù)fa：
42、
43、
44、
45、其中，vu、au是代表植保無人機一維的速度和加速度。vmax、amax分別是植保無人機一維的線性最大速度和加速度；
46、s43、構(gòu)建關(guān)于預(yù)熱軌跡的安全性、光滑性、動力學(xué)可行性的代價函數(shù)為：
47、ftotal2＝λ2sfs+λ2cfc+λ2d(fv+fa)；
48、其中，fs和fc是軌跡光滑性代價函數(shù)和碰撞代價函數(shù)，fv和fa是關(guān)于無人機速度和加速度的代價函數(shù)，λ2s、λ2c和λ2d分別為這三個代價函數(shù)的權(quán)重；
49、s42、找到q'inew的坐標(biāo)值使得ftotal2達到最小值，以確定優(yōu)化后的自主規(guī)避軌跡為：
50、
51、存儲介質(zhì)，存儲有程序，所述程序被處理器執(zhí)行時，實現(xiàn)第一目的所述的用于檸檬果園的植保無人機自主避障軌跡規(guī)劃方法。
52、計算機設(shè)備，包括處理器以及用于存儲處理器可執(zhí)行程序的存儲器，所述處理器執(zhí)行存儲器存儲的程序時，實現(xiàn)第一目的所述的用于檸檬果園的植保無人機自主避障軌跡規(guī)劃方法。
53、本專利技術(shù)相對于現(xiàn)有技術(shù)具有如下的優(yōu)點：
54、本專利技術(shù)的一種用于檸檬果園的植保無人機自主避障軌跡規(guī)劃方法保障了植保無人機在檸檬果園安全作業(yè)。通過確認全局路徑點的位置，生成全局軌跡，并使用b樣條曲線對全局軌跡進行擬合，得到易于優(yōu)本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護點】
1.用于檸檬果園的植保無人機自主避障軌跡規(guī)劃方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于檸檬果園的植保無人機自主避障軌跡規(guī)劃方法，其特征在于，在步驟S2和S3之間還存在以下步驟：
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于檸檬果園的植保無人機自主避障軌跡規(guī)劃方法，其特征在于，步驟S1中，各個作業(yè)路徑點的確定包括以下步驟：
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于檸檬果園的植保無人機自主避障軌跡規(guī)劃方法，其特征在于，步驟S2中全局B樣條軌跡的擬合過程如下：
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于檸檬果園的植保無人機自主避障軌跡規(guī)劃方法，其特征在于，在步驟S2和S3還包括以下步驟：
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的用于檸檬果園的植保無人機自主避障軌跡規(guī)劃方法，其特征在于，判斷預(yù)定軌跡是否會穿過障礙物的步驟為：
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于檸檬果園的植保無人機自主避障軌跡規(guī)劃方法，步驟S3包括以下具體步驟：
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的用于檸檬果園的植保無人機自主避障軌跡規(guī)劃方法，其特征在于，步驟S4包括以下具體步驟：
10.計算機設(shè)備，包括處理器以及用于存儲處理器可執(zhí)行程序的存儲器，其特征在于，所述處理器執(zhí)行存儲器存儲的程序時，實現(xiàn)權(quán)利要求1～8中任一項所述的用于檸檬果園的植保無人機自主避障軌跡規(guī)劃方法。
...【技術(shù)特征摘要】
1.用于檸檬果園的植保無人機自主避障軌跡規(guī)劃方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于檸檬果園的植保無人機自主避障軌跡規(guī)劃方法，其特征在于，在步驟s2和s3之間還存在以下步驟：
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于檸檬果園的植保無人機自主避障軌跡規(guī)劃方法，其特征在于，步驟s1中，各個作業(yè)路徑點的確定包括以下步驟：
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于檸檬果園的植保無人機自主避障軌跡規(guī)劃方法，其特征在于，步驟s2中全局b樣條軌跡的擬合過程如下：
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于檸檬果園的植保無人機自主避障軌跡規(guī)劃方法，其特征在于，在步驟s2和s3還包括以下步驟：
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的用于檸檬果園的植保...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：文晟，劉展霖，黃高峰，李斯培，麥燕清，鄧智尹，
申請(專利權(quán))人：華南農(nóng)業(yè)大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：
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