[發明專利]一種無人飛行器空間避障方法及相關路徑在線規劃方法

有效

• 申請號: 201610070596.1
• 申請日: 2016-01-31
• 公開（公告）號: CN105717942B
• 公開（公告）日: 2018-07-06
• 發明（設計）人: 張毅;楊秀霞;周硙硙;曹唯一;羅超
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍海軍航空大學
• 主分類號: G05D1/10
• 分類號: G05D1/10
• 代理公司: 中國人民解放軍海軍專利服務中心 11044
• 代理人: 劉書巖;宋濤

1.一種無人飛行器空間避障方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟S1，構建三維速度障礙錐；

根據無人飛行器在三維空間中的當前時刻位置坐標P_u＝(x_u,y_u,z_u)和探測到的障礙物O的位置坐標P_o＝(x_o,y_o,z_o)，以P_u作為三維速度障礙錐的頂點，并將障礙物點膨化為以P_o為球心、半徑為R的障礙球PO，然后過P_u點作障礙球的切線，則所有以P_u為頂點障礙球的切線形成的錐面為三維速度障礙錐；

步驟S2，運用構建的三維速度障礙錐進行避碰判斷；

根據無人飛行器和障礙物的速度矢量大小和方向，求解無人飛行器相對于障礙物O的相對速度矢量v_uo的大小和方向；然后求解相對速度矢量v_uo與無人飛行器和障礙物的位置矢量之間的夾角大小α；判斷障礙錐的半頂角α₀與α的關系，若α＜α₀，需要對障礙物進行避碰，則繼續進行步驟S3；若α＞α₀，不需要對障礙物進行避碰，則退出；

步驟S3，求解避障方向；

步驟S4，求解避障點。

2.如權利要求1所述的一種無人飛行器空間避障方法，其特征在于，步驟S3中通過建立空間速度障礙球冠求解避障方向，具體包括以下步驟：

步驟S31，建立相對碰撞區RCC和絕對碰撞區ACC；

根據建立相對碰撞區；其中l_uo為v_uo方向上的射線；

將RCC沿障礙物O速度矢量v_o平移||v_o||，得到絕對碰撞區ACC，即其中表示閔科夫斯基矢量和；

步驟S32，建立空間速度障礙球冠；

做以無人飛行器位置點P_u為球心、||v_u||為半徑的速度球S_u，然后取速度球S_u與ACC相交且位于ACC內部的球面為空間速度障礙球冠G_o＝(r,ψ_o,θ_o)，其中r為球心P_u和球冠中心M之間所形成向量的長度，ψ_o和θ_o為球心P_u和球冠中心M之間所形成向量的方向角；

步驟S33，根據空間速度矢量幾何關系，解出球冠的參數；

步驟S34，確定避障方向；

避障方向為速度矢量v_u根據避障后無人飛行器的飛行方向需要在空間以某一旋轉角旋轉至對應的期望速度矢量的方向。