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一种基于三维空间曲线的无人机协同路径规划方法

成果类型:: 发明专利

发布时间: 2023-11-08 18:24:22

科技成果产业化落地方案
方案提交机构:成果发布人| 王正伦 | 2023-11-08 18:24:22

一种基于三维空间曲线的无人机协同路径规划方法,其特征在于,该方法包括下列步骤:(1)针对作为规划对象的无人机,对其相关的多个运动参数进行初始化,包括无人机起点的三维空间坐标、无人机终点三维空间坐标,飞行曲率和飞行安全间距,同时构建反映无人机飞行环境特征的无人机飞行地理模型,其中包括该飞行环境中各类障碍物的三维空间坐标;(2)利用步骤(1)所获得的飞行地理模型、无人机起点及终点三维空间坐标,生成相应的多条三维空间曲线作为可选的飞行路径,同时针对各个飞行路径也即各条三维空间曲线获得任一时刻t所对应的位置点的三维坐标(xm(t),ym(t),zm(t)),以及各位置点所对应的速度矢量(x'm(t),y'm(t),z'm(t)),其中m表示对各个飞行路径依次赋予的路径序号且m=1,2,3,…;接着,判断各条三维空间曲线上的各位置点所对应的速度矢量是否满足毕达哥拉夫条件等式,并且进一步删除其中不满足该条件等式的三维空间曲线,同时保留满足该条件等式的其余三维空间曲线;

本发明属于无人机控制相关技术领域,并公开了一种基于三维空间曲线的无人机协同路径规划方法,包括:对无人机运动参数执行初始化,并构建飞行地理模型;生成多条三维空间曲线作为可选的飞行路径,并获得任一时刻所对应的位置点三维坐标及速度矢量,然后基于毕达哥拉夫条件等式来筛选合适的三维空间曲线;设定五阶曲线的控制点,并基于这些控制点构建算法来获取最优化飞行路径,由此完成整体的路径规划过程。通过本发明,不仅可获得更高精度和更高效率的三维空间规划路径,而且可有效避开各种飞行过程中的障碍物,同时具备无需再次光滑处理规划路径、满足无人机运动学约束等特点。

无人机(Unmanned Aerial Vehicle)是指利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵的不载人飞机。与载人飞机相比,无人机具有灵活性高、成本低、安全性高以及隐蔽性强等特点,这些特有的优越性能使无人机技术快速发展,逐渐成为世界前沿科技的代表性技术,被广泛应用于各种军事侦察、城市快递、地形勘探、环境监测等领域。

华中科技大学(Huazhong University of Science and Technology),简称华中大、华科大 ,位于湖北省武汉市,是中华人民共和国教育部直属的综合性研究型全国重点大学、位列国家“双一流”“985工程”“211工程”、入选“强基计划”“111计划”、卓越工程师教育培养计划、卓越医生教育培养计划、国家大学生创新性实验计划、国家级大学生创新创业训练计划、国家建设高水平大学公派研究生项目、国家级新工科研究与实践项目、基础学科拔尖学生培养计划2.0,是学位授权自主审核单位、全国深化创新创业教育改革示范高校、一流网络安全学院建设示范项目高校、中国政府奖学金来华留学生接收院校、教育部来华留学示范基地,为中欧工程教育平台成员和医学“双一流”建设联盟 、国际应用科技开发协作网 、全球能源互联网大学联盟成员。

通过结合复杂空间环境的无人机避障飞行的具体需求进行综合考虑,并针对性提出采用毕达哥拉夫空间曲线进行三维无人机路径的规划,同时采用四元数法和插值运算,相应不仅可高效确定路径形状,避免对飞行路径的二次光滑,而且还可以通过调整系数来各控制点之间的矢量长度,相应在有效满足无人机飞行曲率的情况下更好地实现规避障碍物的效果,因而尤其适用于各类复杂地理环境的无人机飞行及避障应用场合。

本专利成果采用技术转让,技术入股,技术合作等成果转化方式,希望进一步实现该专利的有益效果,有兴趣皆可面议。