[發(fā)明專利]一種針對靜態(tài)場景的編隊避障方法

在審

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• 申請日: 2020-12-29
• 公開（公告）號: CN112698659A
• 公開（公告）日: 2021-04-23
• 發(fā)明（設計）人: 武梅麗文;王蒙一;王曉東;宋勛
• 申請（專利權）人: 北京電子工程總體研究所
• 主分類號: G05D1/02
• 分類號: G05D1/02
• 代理公司: 北京正理專利代理有限公司 11257
• 代理人: 毛唯鳴

本發(fā)明公開了一種針對靜態(tài)場景的編隊避障方法，包括：識別障礙物并進行標記，獲得障礙物點集；計算靜態(tài)障礙物點集和編隊內(nèi)的非本機智能體點集內(nèi)所有的點相對于本機點的速度錐范圍；基于速度錐范圍判斷是否發(fā)生碰撞；若判斷至少存在一個障礙物點將會發(fā)生碰撞，則重新規(guī)劃航線；若判斷已經(jīng)發(fā)生碰撞，則執(zhí)行逃逸模式；若判斷不存在碰撞的障礙物點，則繼續(xù)執(zhí)行編隊。本發(fā)明中基于速度錐利用到本機與障礙物點之間的角度關系及速度關系進行計算，計算效率高，能夠有效的應用于編隊控制中針對復雜靜態(tài)場景的避障工況，可實時進行避障規(guī)劃，避障路線是連續(xù)的，不存在路徑尖角畸變，不需要進行路徑的二次平順，實用性強。

技術領域

本發(fā)明涉及多智能體編隊避障領域，更具體的，涉及一種基于速度錐準則的靜態(tài)場景編隊避障方法。

背景技術

隨著無人機和無人車等智能體應用的興起，智能控制領域逐漸轉向低成本、大規(guī)模的集群協(xié)同控制。集群協(xié)同控制可以實現(xiàn)單體無法實現(xiàn)的群體智能，具有更廣闊的偵查視野和更有價值的載荷能力，同時還具有節(jié)約成本、提高容錯度、執(zhí)行任務更加機動靈活等特點。

在集群協(xié)同控制領域，主要考慮以下問題：如單體動力學建模、單體控制、編隊控制、路徑規(guī)劃、障礙規(guī)避、任務分配等，其中障礙規(guī)避，也就是避障，是實現(xiàn)上層任務決策的基礎。只有做好避障，才能保證編隊智能體不會因為碰撞受損，才能確保決策的有效執(zhí)行及編隊隊形的實現(xiàn)。

現(xiàn)有技術針對實時避障中直接給出可行軌跡的研究比較薄弱，特別是針對靜態(tài)場景的編隊避障方法，計算效率低，實用性不強，不能高效應對復雜場景。

因此，需要提供一種針對靜態(tài)場景的編隊避障方法。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服上述現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明提出一種針對靜態(tài)場景的避障方法，通過利用本機與障礙物點之間的角度關系及速度關系進行實時運算、實時避障規(guī)劃，規(guī)劃路徑不存在畸變，計算效率高，實用性強，能夠高效應對復雜場景。

本發(fā)明的目的在于提供一種針對靜態(tài)場景的編隊避障方法，該方法包括：

識別障礙物并進行標記，獲得障礙物點集，其中，障礙物點集包括靜態(tài)障礙物點集和編隊內(nèi)的非本機智能體點集；

計算靜態(tài)障礙物點集和編隊內(nèi)的非本機智能體點集內(nèi)所有的點相對于本機點的速度錐范圍；

基于速度錐范圍判斷是否發(fā)生碰撞，并執(zhí)行以下步驟：

若判斷至少存在一個障礙物點將會發(fā)生碰撞，則重新規(guī)劃航線；

若判斷已經(jīng)發(fā)生碰撞，則執(zhí)行逃逸模式；

若判斷不存在碰撞的障礙物點，則繼續(xù)執(zhí)行編隊。

可選地，本機標記為P₀，靜態(tài)障礙物點集標記為A，編隊內(nèi)的非本機智能體點集標記為P，其中計算靜態(tài)障礙物點集A和編隊內(nèi)的非本機智能體點集P內(nèi)所有的點相對于本機P₀的速度錐范圍包括：

確定靜態(tài)障礙物點集A中一靜態(tài)障礙物的安全半徑d_a；

確定本機P₀的安全半徑d_p；

確定該靜態(tài)障礙物的安全圈，安全圈的圓心為該靜態(tài)障礙物的坐標，安全圈的半徑為靜態(tài)障礙物的安全半徑d_a與本機P₀的安全半徑d_p的疊加之和；

確定速度錐的邊界為本機P₀到該靜態(tài)障礙物的安全圈的兩條切線；及

根據(jù)障礙物A的安全圈及速度錐的邊界確定速度錐范圍。

進一步可選地，基于速度錐范圍判斷是否發(fā)生碰撞包括：

確定靜態(tài)障礙物的運動速度v_a；