使用dubins路徑和回旋曲線進(jìn)行多個(gè)無人機(jī)的路徑規(guī)劃-文庫吧
2025-07-19 09:22 本頁面
【正文】 在某些情況下，新規(guī)劃的路線是可行的，在另一些情況下，要想消除不可飛行的路線產(chǎn)生適航路徑，這些路線還需要進(jìn)一步優(yōu)化。從輸入數(shù)據(jù)來規(guī)劃路線的方法有很多，通過泰森多邊形圖解法生成的路線是一個(gè)定義了一組靜態(tài)障礙物的地圖。操作時(shí)，每次彈出遇到威脅，泰森多邊形法都會(huì)進(jìn)行更新。Mclain和Beard認(rèn)為，一個(gè)連接端點(diǎn)的鏈模型可以通過定義鏈連部隊(duì)減少方向改變進(jìn)行路徑規(guī)劃。通過定義一個(gè)與障礙物相關(guān)的排斥力來勁性路徑規(guī)劃，這些力使路徑在遇到障礙物時(shí)外形和距離產(chǎn)生巨大變化。Bortoff使用類似的方法通過定義虛擬部隊(duì)進(jìn)行研究。Judd和McClain提出使用帶有軌跡平滑的三次樣條函數(shù)進(jìn)行軌跡規(guī)劃，Chandler、Pachter和Rasmussen主張用弧進(jìn)行軌跡規(guī)劃。Zhang、Wang、Yu還有Shima、Rasmussen、Sparks是假設(shè)一個(gè)任務(wù)中分配多個(gè)機(jī)器人進(jìn)行直線軌跡規(guī)劃，混合整數(shù)線性規(guī)劃等優(yōu)化技術(shù)、進(jìn)化算法也被應(yīng)用與無人機(jī)的路徑規(guī)劃。Segovia, Rombaut, Preciado和 Meizel提出了對路徑規(guī)劃進(jìn)行全面檢查。有研究表明，這個(gè)路徑規(guī)劃是整體的一部分。Chandler et al提出使用一個(gè)指定的應(yīng)用程序進(jìn)行軌跡協(xié)調(diào)規(guī)劃。Zabarankin,Uryasev,Pardalos提出使用離散化的分析優(yōu)化方法滿足路徑長度約束規(guī)劃出一條避免被雷達(dá)發(fā)現(xiàn)的最優(yōu)路徑。Eagle和Yee認(rèn)為可以把路徑規(guī)劃問題看做是在分隔開的單元格內(nèi)進(jìn)行搜索的問題。Boreoff的研究中可以看到使用圖表、最優(yōu)控制、勢場方法進(jìn)行躲避敵方雷達(dá)的路徑規(guī)劃的比較結(jié)果。Shanmugavel, Tsourdos, Z˙bikowski, White, Rabbath和 Lechevin使用參數(shù)曲線進(jìn)行路徑規(guī)劃。Shanmugavel, Tsourdos, Z˙bikowski, White 和 Shanmugavel, Tsourdos, Z˙bikowski, White 使用Dubins路徑進(jìn)行路徑規(guī)劃。本文介紹了一種新的路徑規(guī)劃方法（見圖3），這種方法使用適航路徑進(jìn)行路徑規(guī)劃。圖3路徑規(guī)劃的新方法 適航路徑的第一步規(guī)劃分別與航跡點(diǎn)和航跡形狀相關(guān)，由此規(guī)劃出的軌跡是滿足無人機(jī)運(yùn)動(dòng)約束的可行軌跡，隨后調(diào)整這些路徑以產(chǎn)生滿足額外安全約束的安全路徑，這個(gè)適航路徑是基于Dubins路徑的，但是將設(shè)計(jì)原理中的圓弧換成回旋曲線。在機(jī)器人應(yīng)用程序中可以看到早期的回旋曲線。但是，經(jīng)過筆者的努力，本文是第一篇使用基于回旋曲線原理的Dubins路徑進(jìn)行路徑規(guī)劃的論文。本文的主要貢獻(xiàn)是使用微分幾何原理設(shè)計(jì)了一個(gè)飛行路徑并進(jìn)行了多個(gè)無人機(jī)的路徑規(guī)劃。摘要：第三部分講述了任務(wù)目標(biāo)和仿真，第四部分將闡述路徑規(guī)劃問題的制定，第五部分講述解決方案和技術(shù)參數(shù)等細(xì)節(jié)，第七部分進(jìn)行適航路徑的數(shù)學(xué)推導(dǎo)，第八部分給出在自由環(huán)境和凌亂空間中的仿真結(jié)果，最后一部分是本文得出的結(jié)論。 場景對應(yīng)的問題見圖4.：r(1)—航線 路徑 (x,y,z)—方位 坐標(biāo)一批N架無人機(jī)離開基地，它們必須同一時(shí)間到達(dá)目標(biāo)區(qū)域。假設(shè)每個(gè)無人機(jī)的開始和結(jié)束位置坐標(biāo)(x,y,z)和方向角(θf,Фf)是先驗(yàn)的。假設(shè)這批無人機(jī)的類型相同、飛行速度相同并且飛行在相同的固定高度上。每個(gè)無人機(jī)具有相同的最大曲率約束并且環(huán)境中有靜態(tài)障礙物。這些無人機(jī)要像躲避靜態(tài)障礙物一樣躲避其他無人機(jī)以及空間中存在的其他障礙。 問題公式化考慮一個(gè)單獨(dú)的無人機(jī)從基地到目標(biāo)位置的無約束初步路徑規(guī)劃問題。起點(diǎn)ps在基地，終點(diǎn)pf在目標(biāo)位置，標(biāo)簽r表示路徑連接，路徑規(guī)劃產(chǎn)生一個(gè)路徑把開始位置ps(xs,ys,zs,θs,Фs)和終點(diǎn)位置pf(xf,yf,zf,θf,Фf)連接起來。t表示路徑長度函數(shù)。(θ,Ф)表示取向，紅色表示障礙區(qū)，i表示第i架無人機(jī)或路徑。將公式（1）擴(kuò)展到N架無人機(jī)，每架無人機(jī)飛過np個(gè)位置點(diǎn)，得到： t代表路徑轉(zhuǎn)矩，k
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