[发明专利]一种节能的无人机路径规划避障方法

说明书

本发明公开一种节能的无人机路径规划避障方法，包括以下步骤：1）实时探测前进方向上的障碍物；2）存在障碍物则建立障碍物所在的障碍区；3）利用环境信息初步生成一条连接无人机起始点和目标点的路径作为预规划路径；4）根据改进的人工势场法，调整势场系数，考虑物理约束，生成多条候选路径；5）综合考虑无人机飞行中的安全性、平滑性和节能性，提出了一种考虑能耗的代价函数；6）通过使得代价函数最小化来选出最优路径。该无人机路径规划避障方法具有较好的适应性。

技术领域

本发明属于无人机控制技术领域，具体是一种节能的无人机路径规划避障方法。

背景技术

随着科技的发展，无人机的性能得到了显著的提高。近年来无人机在军事和民用领域均显示出巨大的发展潜能，自主执行任务是无人机今后发展的必然趋势，而路径规划是提高无人机自主飞行能力确保飞行安全的关键技术之一。

对于无人机路径规划而言，在大多数场景下希望在相同飞行距离条件下消耗的能量越少越好，尤其在农业作业、电力巡检以及地质测绘等领域，因而如何在一系列无碰撞路径中选取一条最节能的路径是最为关键的。

目前的无人机路径规划避障方法还极少提及无人机的能耗问题。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供了一种节能的无人机路径规划避障方法。

本发明采用如下技术方案：

一种节能的无人机路径规划避障方法，包括以下步骤：

1)实时探测前进方向上的障碍物。

2)存在障碍物则建立障碍物所在的障碍区。

3)利用环境信息初步生成一条连接无人机起始点和目标点的路径作为预规划路径。

4)根据改进的人工势场法，调整势场系数，考虑物理约束，生成多条候选路径。

5)综合考虑无人机飞行中的安全性、平滑性和节能性，提出了一种考虑能耗的代价函数。

6)通过使得代价函数最小化来选出最优路径。

作为优选，所述障碍区的建立方法包括以下步骤：

Ⅰ)获取障碍物的最大宽度；

Ⅱ)根据障碍物的最大宽度和无人机的宽度为依据建立球型的区域，获得障碍区。

作为优选，所述障碍区的建立方法是以障碍物的最大宽度加上1倍的无人机宽度作为直径建立球型的区域。

作为优选，所述的路径规划避障方法先根据无人机的起始点，障碍物位置以及目标点位置逐步生成一条预规划路径。

作为优选，所述的路径规划避障方法将生成的预规划路径看作由连续的质点构成，而引力由相邻的质点提供，这些质点称为引力源。

作为优选，所述的路径规划避障方法根据无人机到障碍物的距离和障碍物的影响半径，动态调整引力系数和斥力系数，设置障碍物附近的无引力区域，有利于无人机规避障碍物；同时设置斥力有限的作用区域，可减少轨迹不必要的转弯机动。

改进后的引力势场函数：

其中，η是动态的引力因子，反映了无人机到达目标点的强烈程度，R_o是障碍物的半径。

改进后的斥力势函数改进为：

其中，λ是动态的斥力因子，反映无人机规避障碍物的迫切程度，ρ₁＝2ρ_o。