[發明專利]一種基于局部定向的群體智能避障方法

有效

• 申請號: 202110454670.0
• 申請日: 2021-04-26
• 公開（公告）號: CN113189992B
• 公開（公告）日: 2023-05-12
• 發明（設計）人: 蔚濤;陳熙;鄧科;羅懋康
• 申請（專利權）人: 四川大學
• 主分類號: G05D1/02
• 分類號: G05D1/02
• 代理公司: 成都時譽知識產權代理事務所(普通合伙) 51250
• 代理人: 田高潔

1.一種基于局部定向的群體智能避障方法，其特征在于，包括下列步驟：

步驟1：當個體的探測半徑內出現障礙物時，進行碰撞預判，當判斷的結果為個體會與障礙物發生碰撞時，執行步驟2的避障措施；

步驟2：以障礙物最近探測點為平衡點，根據個體大小和障礙物的威脅程度確定極限環半徑，個體在移動過程中對不同的探測平衡點進行繞行，執行步驟3；

步驟3：繞行時，還原障礙物的位置和形狀，通過順時針或者逆時針繞行障礙物，向目標點移動；

所述步驟2中，針對多個障礙物的場景，避障措施包括有多障礙物避障算法，具體如下：

步驟31：計算兩兩障礙物之間的通道距離，當兩個障礙物之間的通道距離小于預設閾值時，則將該兩個障礙物進行合并，完成對避障場景的分類；

步驟32：當障礙物距離未超過閾值時，若判定最近障礙屬于前一時刻的障礙物群，則一直采用前一時刻的極限環繞行方向作為當前時刻的繞行方向d_t＝d_t-1，直至通過該障礙物群，若判定最近障礙物不屬于前一時刻的障礙物群，則搜索當前最近障礙所在集群內的障礙物數目及局部位置，計算可視范圍內的障礙物集群的重心平均值，選擇遠離中心平均值的極限環繞行方向作為運動方向，

令

X＝(x，y)，

則上式加速度可以寫作，a＝H₂×X′，d_t是個體當前時刻的繞行方向；

步驟33：當障礙物之間的距離超過閾值時，對障礙物極限環進行疊加得到最終的避障加速度，令

X_i＝(x_i，y_i)，

則，上式加速度可以寫為，

a＝H₃×X′

式中，n為障礙物的數量。

2.根據權利要求1所述的一種基于局部定向的群體智能避障方法，其特征在于，所述步驟2中，針對單個障礙物的場景，避障措施包括有單障礙物避障算法，具體如下：

步驟21：當個體為無人機時，做無人機與目標點連線為直線L，直線L設為ax+by+c＝0；

步驟22：當連線L穿過危險區時，計算極限環中心到直線L的距離為，

將平衡點坐標(x_z，y_z)、無人機坐標(x_w，y_w)和目標點坐標(x_m，y_m)帶入下列的二階非線性方程來計算無人機在任意位置的期望方向：

步驟23：設X＝(x_w，y_w)為個體當前位置，R＝r_v²-x²-y²,r_v為極限環半徑，則加速度權重可以表示為：

該場景下的加速度可以寫作：

其中，

3.根據權利要求1所述的一種基于局部定向的群體智能避障方法，其特征在于，當存在動態障礙物的場景時，制定下列策略：

在計算完成避障判定規則時，用相對速度替代原來的無人機速度，對于動態障礙物，原始極限環避障受力矢量向障礙物速度方向旋轉一定角度θ，

其中，0k₇1，為障礙物的移動方向矢量，為無人機的移動方向矢量，K₇為相對速度。