【摘 要】
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eVTOL作为电动垂直起降飞行器,兼具货运和载人飞行的特点。随着科技和经济的发展,其在城市低空环境下运行的情况会很普遍,这就对飞行器的稳定性和安全性有较高的要求,特别是需要其具备一定的自主避障功能。增加自主避障设计不仅可以有效保障飞行安全和提高远程机长的工作效率,在eVTOL远程操作人员不能及时操作飞行器或者控制信号受到干扰的特殊飞行环境下,避障系统将有效降低因操作失误造成的飞行器损坏和伤及人身与
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eVTOL作为电动垂直起降飞行器,兼具货运和载人飞行的特点。随着科技和经济的发展,其在城市低空环境下运行的情况会很普遍,这就对飞行器的稳定性和安全性有较高的要求,特别是需要其具备一定的自主避障功能。增加自主避障设计不仅可以有效保障飞行安全和提高远程机长的工作效率,在eVTOL远程操作人员不能及时操作飞行器或者控制信号受到干扰的特殊飞行环境下,避障系统将有效降低因操作失误造成的飞行器损坏和伤及人身与建筑物的事故发生率。论文主要研究城市低空环境下的eVTOL飞行器避障技术,通过融合机器视觉和避障算法,提出了一种基于视觉的自主避障方案,并通过仿真验证,论证了方案的可行性。首先在刚体运动模型的原理基础上,同时考虑坐标间的转换关系和拉力、扭矩等动力学原理,完成了eVTOL动态数学模型的搭建。在SLAM算法框架下选择使用深度相机完成视觉信息的采集,采用特征点法完成了特征提取和匹配,结合ICP方法计算飞行器位姿,在词袋的基础上训练字典,对图像进行相似度估计,通过检测回环解决了视觉定位的累计误差问题,提高了定位可靠度。然后分析了A-Star算法原理,分别在二维和三维环境中验证了路径规划效果,为了更好的满足eVTOL的稳定性和可靠性要求,考虑使用一种基于A-Star算法的EGOPlanner算法,通过引入碰撞惩罚的多项式关系,结合B样条曲线优化,保证了路径规划结果的平滑性,并通过仿真实验验证了算法的避障效果。最终在ROS平台下搭建仿真实验环境,对仿真飞行参数进行评估分析,验证了避障过程的稳定性,根据真实的城市高层建筑群情况,在Gazebo三维物理仿真软件中完成了对应的城市环境布局,结合rviz三维可视化工具将避障结果直观的展现出来,采用多组随机试验,验证了避障成功率,保证了本文研究的视觉自主避障技术方案的可行性,为后续eVTOL的研究设计提供一种的新的思路和框架系统。
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