[发明专利]适用于无人机的无碰撞路径规划方法、系统及介质

说明书

本发明提供了一种无人机无碰撞路径规划方法，通过对输入路径点使用B样条曲线进行插值得到初步飞行路径；使用球体和平面得到无人机和障碍物近似模型，在路径曲线离散点位检测碰撞情况，并获取碰撞区域的曲线参数区间；根据参数区间建立新的路径点，重新进行B样条曲线插值并重新进行碰撞检测，反复迭代直到得到最终的无人机无碰撞路径。本发明可解决给定任务空间飞行路径点时，连续的无碰撞路径规划问题，并具有极高的计算效率，具有重要的理论和现实意义，适用于无人机在复杂环境中执行任务时进行无碰撞的路径规划，提高安全性和飞行效率。

技术领域

本发明涉及无人机避障技术领域，具体地，涉及一种适用于无人机的无碰撞路径规划方法、系统及计算机可读介质。

背景技术

轨迹规划是无人机自主巡航中最重要的任务之一，该问题普遍通过路径生成和速度规划两个步骤求解。为满足任务要求，路径生成需要得到一条通过给定路径点的几何曲线，同时需要无人机在该曲线上不与环境中的障碍物发生碰撞。为有利于速度规划时对无人机的跃度进行约束，一般需要路径曲线连续。常用的路径生成算法有人工势场法，启发式搜索方法以及几何方法等。

以A*算法为代表的启发式搜索方法计算时间长，效率较低；人工势场法计算量相对较小，但易陷入局部最优；几何方法通过对环境进行几何建模，大大缩短碰撞路径的生成时间。

现有几何方法中，一些方法在模型构建时较复杂，对规划效率产生不利影响，同时很多方法在满足通过给定路径点的情况下无法保证曲线的光滑性。

经过检索，专利文献CN111580563A公开了一种基于种子搜索的无人机自主避障飞行方法，该方法针对复杂多变的城市建筑环境，该现有技术首先在任务空间中均匀播撒若干种子，然后以终点为目标设置无人机的飞行方向，启动无人机飞行；无人机在飞行过程中，实时探测前方是否有障碍物，如果探测到前方有障碍物，则根据一定规则搜索无人机附近的种子，然后以该种子为目标重新设置无人机飞行方向，待无人机飞到该种子位置时，再重新以终点位目标设置飞行方向，继续飞行探测，如此反复，直至无人机距离终点的位置小于设置的阈值，从而完成飞行任务。但是该现有技术的不足之处在于模型构建仍然较复杂，规划效率不高。

因此，亟需研发一种逻辑清晰、构型简单并且规划效率高的无人机避障方法。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种适用于无人机的无碰撞路径规划方法、系统及计算机可读介质，能够生成通过给定路径点的连续的无碰撞路径。本发明适用于无人机在复杂环境中执行任务时进行无碰撞的路径规划，提高安全性和飞行效率。

根据本发明提供的一种适用于无人机的无碰撞路径规划方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：对给定路径点进行B样条曲线插值获取路径曲线；

步骤2：根据获取的路径曲线进行无人机碰撞检测；

步骤3：对碰撞检测结果中存在碰撞的路径曲线构建新的路径点，对碰撞检测结果中不存在碰撞的路径曲线直接输出无碰撞路径；

步骤4：对新的路径点重新进行B样条曲线插值并返回步骤2。

优选地，步骤1中B样条曲线插值使用以下公式计算给定路径点的参数值：

其中，p_i,i∈{0,1,2,3,…,N}表示给定的第i+1个路径点坐标；

为对应于p_i点的B样条曲线参数值。

使用以下公式计算5次B样条曲线的节点矢量：

通过求解以下线性方程组解得B样条曲线的控制点：