[發明專利]一種考慮能源補給的無人設備路徑規劃方法

有效

• 申請號: 201810321379.4
• 申請日: 2018-04-11
• 公開（公告）號: CN108519737B
• 公開（公告）日: 2020-06-09
• 發明（設計）人: 李龍江;梁昊陽
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04;G05D1/00
• 代理公司: 成都虹盛匯泉專利代理有限公司 51268
• 代理人: 王偉

本發明公開一種考慮能源補給的無人設備路徑規劃方法，應用于無人設備領域，在一個無人設備的移動任務為多個目標節點，且各個目標節點間存在多個能源補給站點的場景中；本發明通過為無人設備建立一個任務更新的滑動窗口，將待選能源補給節點添加到路徑規劃拓撲中，并通過滑動窗口和迭代地計算路徑的方式，使得無人設備的移動路徑在滿足能源約束的前提下，盡可能降低路徑代價和計算開銷。

技術領域

本發明屬于無人設備領域，特別涉及一種無人設備執行任務時移動路徑的規劃技術。

背景技術

無人設備移動路徑規劃是無人設備任務規劃的一部分，即當無人設備在執行任務期間，在多種約束條件的限制下，找到從任務起始節點，到任務終止節點的移動路徑。而尋找到的路徑又需要滿足一定的任務要求，或者滿足某種既定的指標。無人設備路徑規劃是實現無人設備移動任務的基礎。比如，在軍事偵查中，考慮到隱蔽性以及實時性等需求，通常需要無人設備在給定的多個搜索目標點之間移動，以獲取搜索區域的信息并實時傳遞給控制臺。同時，在無人設備集群任務中，單一無人設備的移動路徑也需要在考慮無人設備集群的整體約束下進行規劃。因此，無人設備路徑規劃極其重要，人們也基于最優化算法以及啟發式算法對無人設備路徑規劃問題做了部分研究。

經過現有技術文獻的檢索發現，在“無人機輸電線路巡檢路徑規劃算法”(詳見CuiJ,Zhang Y,Ma S,et al.Path planning algorithms for power transmission lineinspection using unmanned aerial vehicles[C]//Control And Decision Conference(CCDC),2017 29th Chinese.IEEE,2017:2304-2309.)中，他們提出了一種針對多個搜索目標點的無人機路徑規劃算法。其中通過先采用遺傳算法(GA)設計合理的檢測路徑，然后建立道路規劃數學模型和目標函數，并通過使用遺傳算法和模擬退火(GSA)算法來檢測路徑的有效性。由于該方法主要通過啟發式算法和最優化數學模型進行無人機路徑的規劃，在搜索目標點較多時，移動路徑數量會成指數倍增長，所建立的數學模型復雜度高，算法收斂速度較慢，很難滿足實時性的是否已需求。而且，大部分路徑規劃算法在應用于無人設備路徑規劃時很少考慮無人設備的能源補給問題，能源的有限性往往制約著無人設備持續執行移動任務的能力，無法滿足長時間無人值守、自動持續工作的需求。此外，傳統的路徑規劃算法還存在需要對全局路徑進行大規模數學建模規劃所帶來的算法復雜度高的缺點。

發明內容

為解決上述技術問題，本發明提出一種考慮能源補給的無人設備路徑規劃方法，支持面向在線任務調度的持續路徑規劃需求，在滿足能源約束的前提下，盡可能降低無人設備的能源消耗，簡化無人設備相關應用的部署難度。

本發明采用的技術方案為：一種考慮能源補給的無人設備路徑規劃方法，包括：

S1、根據需要到達的任務節點數量建立一個有序任務窗口；

S2、構建能源補給約束下的拓撲圖；

S3、根據拓撲圖從任務窗口末端向首端迭代地計算相鄰任務節點之間的最短路徑，得到規劃路徑。

進一步地，所述步驟S1還包括：當任務窗口內任務節點數量已滿，則將新的任務節點加入一條任務隊列中，否則加入該任務窗口。

進一步地，所述步驟S2具體為：

S21、計算無人設備到達某任務節點時至少需要的可移動距離；

S22、各任務節點及各能源補給節點作為構建拓撲圖的節點集，節點集中的各節點通過獲取鄰居節點分布信息確定拓撲圖的邊集。

進一步地，步驟S21所述計算無人設備到達某任務節點時至少需要的可移動距離，計算式為：