[發明專利]一種非一致約束下多節點著陸器協同避障決策方法

在審

• 申請號: 202211743039.3
• 申請日: 2022-12-29
• 公開（公告）號: CN115959306A
• 公開（公告）日: 2023-04-14
• 發明（設計）人: 梅杰;柴敬軒;馬廣富;吳偉仁
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學（深圳）
• 主分類號: B64G1/24
• 分類號: B64G1/24;B64G1/62;G06F30/20;G06F111/04;G06F119/14
• 代理公司: 深圳市深聯知識產權代理事務所(普通合伙) 44357
• 代理人: 張琪

本發明涉及一種非一致約束下多節點著陸器協同避障方法，其中方法包括：控制多節點著陸器下降到預設的高度，獲取星表的環境地圖；計算所述多節點著陸器虛擬中心的軌跡和各個節點的位置；基于所述多節點著陸器的構型勢場、避障勢場和避碰勢場等柔性變換約束，確定各節點相對所述虛擬中心的實時距離，計算各節點自身的軌跡；控制各節點跟蹤所述自身的軌跡實現協同避障。本方法賦予未來的小行星探測器，在執行著陸和樣本返回任務時，具備能夠穩健準確的附著在具有較高科學價值的著陸點，能夠應對各種危險底線，如陡峭的坡面，狹長的山谷等。

技術領域

本發明屬于深空探測領域，特別涉及一種非一致約束下多節點著陸器協同避障(決策)方法。

背景技術

現有的專利大多數是針對單節點著陸器的著陸避障規劃，對于多節點的著陸器，除了考慮整體避障避碰外，還需要考慮節點間如何避碰避障的問題。

發明內容

本發明提供非一致約束下多節點著陸器協同避障方法，旨在至少解決現有技術中存在的技術問題之一。本發明面向一種剛柔耦合的多節點著陸器，提出了該著陸器中多個節點如何相互協同進行避障路徑規劃，使著陸器具有自主避險和定點附著的能力。

本發明的技術方案涉及一種非一致約束下多節點著陸器協同避障方法，所述多節點著陸器包括柔性體、設置在所述柔性體內部的三個剛性節點，三個剛性節點的中心為虛擬中心，以所述虛擬中心為原點建立虛擬中心坐標系所述方法包括以下步驟：

S100、控制多節點著陸器下降到預設的高度，獲取星表的環境地圖；

S200、計算所述多節點著陸器虛擬中心的軌跡δ_v(t)和各個節點的位置p_i(t)；

S300、基于所述多節點著陸器的構型勢場、避障勢場和避碰勢場等柔性變換約束，確定各節點相對所述虛擬中心的實時距離r_i(t)，計算各節點自身的軌跡δ_i(t)；

S400、控制各節點跟蹤所述自身的軌跡δ_i(t)實現協同避障。

進一步，所述節點在所述虛擬中心坐標系坐標系的相對位置表示為：

{r₁(t)，r₂(t)，r₃(t)}，

其中，t為時間；

節點i的在世界坐標系中的位置表示為：

p_i(t)＝p_v(t)+R_v(t)r_i(t)，

其中，p_v(t)∈R³和R_v(t)∈SO³表示虛擬中心坐標系的原點在世界星體下的位置和姿態。

進一步，步驟S200包括：

S210、基于虛擬中心避障勢場，采用關鍵航點和插值方法，計算所述虛擬中心實時航點{K₁...K_N}的位置p_v(t)和偏航角ψ_v(t)的平坦輸出；

S220、計算節點的位置p_i(t)及其四階導數，

其中，r_i表示在虛擬中心坐標系下，每個節點相對于虛擬中心的實時距離，p_i表示節點i在星體坐標系下的位置，偏航角ψ_i(t)及其四階導數與虛擬中心的偏航角一致。

進一步，步驟S300包括，所述多節點著陸器的構型勢場為：