核心技术总结:室内自主无人机巡检系统
1. PX4 飞控底层深度调试 (PX4 Debugging)
针对室内高干扰环境,项目对 PX4 EKF2 估计器进行了深度定制,实现了“无 GPS、无罗盘”的高精度飞行控制。
- 去磁力计融合方案:针对室内金属与机电磁场干扰,将
EKF2_MAG_TYPE 设为 None,并禁用磁力计硬件(SYS_HAS_MAG=0)。
- 航向锁定算法:100% 信任 LiDAR 里程计提供的偏航角(Yaw),解决了起飞瞬时的 15-20° 偏航抖动(Takeoff Kick)。
- 外部位姿注入:通过 MAVROS 将 Point-LIO 输出的里程计数据高频注入
/mavros/vision_pose/pose,使无人机在 OFFBOARD 模式下实现悬停。
2. 多模态 SLAM 建图与状态估计 (SLAM & State Estimation)
利用宇树(Unitree)L2 激光雷达,系统构建了高实时性的室内三维地图。
- Point-LIO 算法实践:采用轻量化 LiDAR-IMU 紧耦合算法,在香橙派(Orange Pi 5 Pro)上实现低延迟位姿结算。
- 室内点云重建:针对 3.5m x 3.5m 的狭小空间,优化了点云特征提取参数,保证了在快速机动时建图不漂移。
- 实时定高/定点:结合雷达点云与气压计多源数据融合,解决了室内墙壁气流(洗流效应)导致的定高波动。
3. 智能路径规划与状态机控制 (Control Logic & Path Planning)
控制代码基于 ROS 框架,采用分层设计理念,兼顾宏观覆盖与微观避障。
- FSM 状态机开发:严密的 C++ 逻辑控制,涵盖起飞锁定、网格巡航、任务点悬停识别、避障返航等全流程。
- 7x7 网格寻路算法:
- 宏观层:采用蛇形走位(Boustrophedon)策略,利用
row % 2 逻辑实现 49 个任务点的全覆盖扫图。
- 微观层(BFS 核心):内嵌广度优先搜索算法,在遇到动态或预设禁飞区时,通过“水波纹”式节点探索与“面包屑”式父节点回溯,毫秒级计算出绕障碍最短路径。
4. 边缘端视觉识别加速 (Vision & RK3588 Deployment)
将深度学习模型下沉至 RK3588 边缘计算平台,实现实时视觉感知。
- YOLOv5 模型量化:通过
rknn-toolkit2 对模型进行 INT8 量化,充分压榨 NPU 算力。
- 硬件加速推理:在 ROS 节点中调用 RKNN API,实现低功耗、高帧率的目标检测,用于在 0.5m 精度网格内精准识别任务标识(如动物卡片等)。