[發明專利]多無人機分布式控制系統、協同控制方法、介質、無人機編隊在審
| 申請號： | 202110828150.1 | 申請日： | 2021-07-22 |
| 公開（公告）號： | CN113467514A | 公開（公告）日： | 2021-10-01 |
| 發明（設計）人： | 馬鎮煒;吳沖;王明明 | 申請（專利權）人： | 一飛智控（天津）科技有限公司 |
| 主分類號： | G05D1/10 | 分類號： | 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 |
| 地址： | 300457 天津市濱海*** | 國省代碼： | 天津;12 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關鍵詞： | 無人機 分布式 控制系統 協同 控制 方法 介質 編隊 | ||
1.一種基于ROS的多無人機分布式控制方法，其特征在于，所述基于ROS的多無人機分布式控制方法包括：
機載計算機搭載的領航跟隨協同控制器基于ROS的進程間發布訂閱消息傳遞機制，以及Mavros功能包與領航無人機建立連接，并與多個跟隨無人機進行通訊；
當某個跟隨無人機發生故障，其他跟隨無人機搭載的飛行控制器繼續參考領航無人機規定的飛行軌跡，并期望的速度、位置指令，驅動該跟隨無人機前往指定目標點形成期望隊形。
2.根據權利要求1所述的基于ROS的多無人機分布式控制方法，其特征在于，所述機載計算機運行ROS系統中的Mavros功能包，并以節點(node)的形式運行在ROS系統中，各個節點之間通過ROS中的發布/訂閱(publish/subscribe)方式進行數據交互；
所述跟隨無人機的飛行控制器控制方法包括：
采用內外環控制結構，內環負責姿態控制，由角速度控制環和角度控制環組成，外環負責位置控制，由速度控制器和位置控制器組成；
所述速度控制器和位置控制均使用PID控制器；
將外環與內環作為兩個獨立運行的進程，利用PX4中Nuttx系統以及uORB中間件提供的發布-訂閱應用程序接口(Application Programming Interface,API)實現各控制器間的通信。
3.根據權利要求1所述的基于ROS的多無人機分布式控制方法，其特征在于，所述領航跟隨協同控制器的協同控制方法包括：
領航無人機的領航跟隨協同控制器利用ROS的發布訂閱機制訂閱其他跟隨無人機位置信息作為位置反饋環節，根據地面控制站發送的期望的隊形與跟隨無人機位置反饋得到速度控制指令發送給跟隨無人機的飛行控制器上，驅動跟隨無人機前往指定位置，進而形成期望隊形。
4.根據權利要求3所述的基于ROS的多無人機分布式控制方法，其特征在于，所述領航跟隨協同控制器利用ROS的發布訂閱機制訂閱其他跟隨無人機位置信息，包括：
將各個跟隨無人機的之間經緯度及海拔信息轉化為相對距離信息；根據半正矢公式(1)給定的經度和維度確定地球上兩個點之間的最短距離；
其中是點1和點2的緯度信息，λ1，λ2是點1和點2的經度信息，r＝6371000m，代表地球半徑；
根據公式(2)計算地球上兩個點之間的方位角，
其中λ1是起始點的緯度和經度，λ2是目標點的緯度和經度，Δλ是目標點與起始點經度的差；得到兩跟隨無人機之間的距離后，通過公式(3)將距離分別投影到北東地(NED)坐標系下：
其中，z1，z2分別表示跟隨無人機1和跟隨無人機2的海拔高度。
5.根據權利要求3所述的基于ROS的多無人機分布式控制方法，其特征在于，領航跟隨協同控制器控制跟隨無人機形成期望隊形的方法，包括：
給出期望的相對偏差代表跟隨無人機在領航無人機北方向相距距離，取值1m，代表在東方向相距距離，取值2m，在垂向向下方向高度相同，取值為0；
將期望的相對偏差與實際偏差得到后，代入到PID控制器中，得到期望的速度指令，驅動跟隨無人機前往指定目標點形成期望隊形。
6.根據權利要求3所述的基于ROS的多無人機分布式控制方法，其特征在于，所有領航無人機或跟隨無人機均使用動捕系統、機載視覺系統獲得領航無人機與跟隨無人機之間、相鄰跟隨無人機之間的位置信息。
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