[發明專利]無人機集群飛行可行路徑軌跡規劃方法、無人機群及介質

在審

• 申請號: 202010050390.9
• 申請日: 2020-01-14
• 公開（公告）號: CN111474949A
• 公開（公告）日: 2020-07-31
• 發明（設計）人: 吳沖;李澤鵬
• 申請（專利權）人: 一飛智控（天津）科技有限公司
• 主分類號: G05D1/08
• 分類號: G05D1/08;G05D1/10
• 代理公司: 天津市宗欣專利商標代理有限公司 12103
• 代理人: 董光仁

本發明屬于無人機集群控制技術領域，公開了一種無人機集群飛行可行路徑軌跡規劃方法、無人機群及介質，輸入舞步文件，提取位置信息；滑窗更新的舞步點，判斷是否滿足最大加速度限制；使用集群任務軌跡發生器對坐標做加速度和時間優化；判斷是否到達最后一窗的舞步點。所述無人機集群的飛行可行路徑軌跡規劃系統包括：位置信息提取模塊，用于輸入舞步文件，提取位置信息；最大加速度限制判斷模塊，用于滑窗更新的舞步點，判斷是否滿足最大加速度限制；加速度和時間優化模塊，用于使用集群任務軌跡發生器對坐標做加速度和時間優化；舞步點判斷模塊，用于判斷是否到達最后一窗的舞步點。

技術領域

本發明屬于無人機集群控制技術領域，尤其涉及一種無人機集群的飛行可 行路徑軌跡規劃方法、存儲介質及無人機群。

背景技術

目前，最接近的現有技術：利用Bezier方法對飛機的軌跡進行規劃具有的 優點包括幾何不變性，仿射不變性等，而集群飛機軌跡規劃中常用方法為軟約 束例如人工勢場方法等。

綜上所述，現有技術存在的問題是：利用針對于無人機集群飛行中，集群 展現特定隊形的表演需要對每個前端控制航點精準到達，人工勢場等軟約束規 劃算法針對此類問題未能夠滿足每個航點精準到達的要求，此類方法將會導致 表演中圖形錯位的現象發生。而Bezier方法運用在集群控制上存在局部規劃中 會影響全局的規劃問題。

解決上述技術問題的難度：需要滿足多機飛行中的每個航點精準到達，同 時在速度與加速度滿足動力學要求，并且在運算上可以滿足高效性和局部調整 不會影響全局規劃問題。

解決上述技術問題的意義：B樣條方法具有表示與設計自由型曲線曲面的 強大功能，是形狀數學描述的主流方法之一，另外B樣條方法是目前工業產品 幾何定義國際標準——有理B樣條方法(NURBS)的基礎。B樣條方法兼備了 Bezier方法的一切優點，包括幾何不變性，仿射不變性等等，同時克服了Bezier 方法中由于整體表示帶不具有局部性質的缺點。因此，利用B樣條方法處理無 人機集群控制技術能夠解決當前存在的技術問題，即保證飛行隊形整列不變形， 且滿足高效飛行的特性。

發明內容

針對現有技術存在的問題，本發明提供了一種無人機集群的飛行可行路徑 軌跡規劃方法、系統、無人機。

本發明是這樣實現的，一種無人機集群的飛行可行路徑軌跡規劃方法，所 述無人機集群的飛行可行路徑軌跡規劃方法包括以下步驟：

第一步，輸入舞步文件，提取位置信息；

第二步，滑窗更新的舞步點，判斷是否滿足最大加速度限制；滿足最大加 速度限制執行第三步；不滿足則執行第四步；

第三步，使用集群任務軌跡發生器對坐標做加速度和時間優化；

第四步，判斷是否到達最后一窗的舞步點；是最后一窗的舞步點則結束； 不是最后一窗的舞步點則返回第二步。

進一步，所述無人機集群的飛行可行路徑軌跡規劃方法沒有環境風， V_air≈-V_real，給出動力學方程：

通過引入對位置導數的約束限制合推力T_sum的大小和變化率；其中，T_sum表 示旋翼無人機的合推力，m表示旋翼無人機的質量，p表示無人機在導航系下的 位置，g表示重力加速度，V_air是旋翼無人機相對于空氣的速度，V_real表示旋翼無 人機實際速度用表示，旋翼無人機的加速度。

進一步，所述無人機集群的飛行可行路徑軌跡規劃方法采用最小加速度軌 跡規劃，用固定兩端的三階非均勻有理B樣條曲線合成那些不滿足飛行器動態 的用戶輸入的航點。