[發(fā)明專利]一種帶臂無人機多點檢測操作規(guī)劃方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202310620592.6
• 申請日: 2023-05-29
• 公開（公告）號: CN116644581A
• 公開（公告）日: 2023-08-25
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 趙素平;陳超波;高嵩;杜鈺霜;閻坤;閆姣姣
• 申請（專利權(quán)）人: 西安工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06N3/126;G06F111/06
• 代理公司: 西安鼎邁知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 61263
• 代理人: 劉喜保

本發(fā)明公開了一種帶臂無人機多點檢測操作規(guī)劃方法，包括：構(gòu)建帶臂無人機系統(tǒng)運動學(xué)模型；構(gòu)建基于帶臂無人機多點檢測操作規(guī)劃的數(shù)學(xué)優(yōu)化模型；采用改進遺傳算法對所述基于帶臂無人機多點檢測操作規(guī)劃的數(shù)學(xué)優(yōu)化模型求解。本申請?zhí)岢龅囊环N帶臂無人機多點檢測操作規(guī)劃方法，提高了操作規(guī)劃精度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及無人機操作規(guī)劃技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種帶臂無人機多點檢測操作規(guī)劃方法。

背景技術(shù)

中歐石油、中俄天然氣等國際貿(mào)易業(yè)務(wù)的快速發(fā)展態(tài)勢使得遠(yuǎn)距離輸送化石能源成為必然，為此經(jīng)常要在山間、河流甚至海峽上面凌空架設(shè)傳輸管道，并且定期對這些管道進行接觸式檢測維修，以防止管道被腐蝕降解、有毒物質(zhì)泄露、生態(tài)環(huán)境遭到破壞。人類在高空管道上方執(zhí)行作業(yè)任務(wù)時，效率低并且不安全，從工作人員安全、作業(yè)成本和作業(yè)質(zhì)量方面考慮，利用帶機械臂的無人機系統(tǒng)在空中管道上方執(zhí)行作業(yè)任務(wù)將成為一種趨勢。帶臂無人機是由機械臂和無人機組成的多剛體系統(tǒng)，該系統(tǒng)?？吭诳罩袀鬏敼艿郎戏綀?zhí)行管道檢測作業(yè)之前，對系統(tǒng)進行操作規(guī)劃是順利完成任務(wù)的先決條件。

現(xiàn)有的無人機操作規(guī)劃技術(shù)一般利用數(shù)學(xué)優(yōu)化方法求解優(yōu)化問題：首先，采用多項式、三角函數(shù)、樣條函數(shù)等數(shù)學(xué)函數(shù)表述關(guān)節(jié)運動情況。其次，結(jié)合給定的關(guān)節(jié)角度、關(guān)節(jié)角速度、機械臂末端執(zhí)行器期望方位等約束條件，得到數(shù)學(xué)函數(shù)部分系數(shù)值。最后，結(jié)合系統(tǒng)運動時間最短、避障路徑最優(yōu)等性能指標(biāo)要求，利用遺傳算法、粒子群優(yōu)化算法、蟻群算法等基礎(chǔ)優(yōu)化算法，或利用改進復(fù)合粒子群優(yōu)化算法、改進混沌粒子群優(yōu)化算法等改進優(yōu)化算法，得到優(yōu)化問題的解。

然而，現(xiàn)有技術(shù)在無人機操作規(guī)劃時很少考慮到多點檢測的情況，操作規(guī)劃精度較低。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明實施例提供了一種帶臂無人機多點檢測操作規(guī)劃方法，用以解決現(xiàn)有技術(shù)中沒有比較可靠的針對操作規(guī)劃精度較低的問題。

一方面，本發(fā)明實施例提供了一種帶臂無人機多點檢測操作規(guī)劃方法，包括：

構(gòu)建帶臂無人機系統(tǒng)運動學(xué)模型。

構(gòu)建基于帶臂無人機多點檢測操作規(guī)劃的數(shù)學(xué)優(yōu)化模型。

采用改進遺傳算法對所述基于帶臂無人機多點檢測操作規(guī)劃的數(shù)學(xué)優(yōu)化模型求解。

在一種可能的實現(xiàn)方式中，所述構(gòu)建帶臂無人機系統(tǒng)運動學(xué)模型包括：

構(gòu)建所述帶臂無人機系統(tǒng)各部分的位置表達(dá)式。

根據(jù)所述位置表達(dá)式構(gòu)建所述帶臂無人機系統(tǒng)各部分的速度表達(dá)式。

根據(jù)所述速度表達(dá)式構(gòu)建所述帶臂無人機系統(tǒng)運動學(xué)模型。

在一種可能的實現(xiàn)方式中，所述構(gòu)建基于帶臂無人機多點檢測操作規(guī)劃的數(shù)學(xué)優(yōu)化模型包括：

構(gòu)建目標(biāo)函數(shù)。

構(gòu)建機械臂運動軌跡表達(dá)式。

根據(jù)所述目標(biāo)函數(shù)和所述機械臂運動軌跡表達(dá)式構(gòu)建所述基于帶臂無人機多點檢測操作規(guī)劃的數(shù)學(xué)優(yōu)化模型。

在一種可能的實現(xiàn)方式中，所述構(gòu)建目標(biāo)函數(shù)包括：

構(gòu)建考慮帶臂無人機系統(tǒng)運動時間最優(yōu)的目標(biāo)函數(shù)。

構(gòu)建考慮機械臂運動對無人機基座擾動最小的目標(biāo)函數(shù)。

根據(jù)所述考慮帶臂無人機系統(tǒng)運動時間最優(yōu)的目標(biāo)函數(shù)和所述考慮機械臂運動對無人機基座擾動最小的目標(biāo)函數(shù)構(gòu)建考慮所述時間最優(yōu)和所述擾動最小同時要求的目標(biāo)函數(shù)。

在一種可能的實現(xiàn)方式中，所述構(gòu)建機械臂運動軌跡表達(dá)式包括：

采用分段的正弦多項式函數(shù)描述所述機械臂每個關(guān)節(jié)角度變化情況。