使用dubins路徑和回旋曲線進(jìn)行多個無人機(jī)的路徑規(guī)劃-全文預(yù)覽
【正文】 架，下標(biāo)s和f分別表示開始和完成，向量ac是連接向量。和代表兩個向量的長度，tr和ta是單位長度的依據(jù)向量，單位向量tr和ta可以寫成： 通過轉(zhuǎn)換成角度。切線T與X軸有一個角度θ，過點(diǎn)Q的路徑長度為s。根據(jù)微分幾何原理，二維空間內(nèi)的一條曲線是由一個orthonormal框架移動產(chǎn)生的。選擇一群無人機(jī)重的中的最長路徑作為參考路徑，將其他路徑的長度都增加到等于參考路徑。圖中，r(t)代表最初的路徑，r1(t)和r2(t)代表由中間航途基準(zhǔn)點(diǎn)M規(guī)劃的新路徑，wp1和wp2代表航跡點(diǎn)/位置。圖中中央陰影部分代表一個障礙，中間障礙C的位置決定了中間航途基準(zhǔn)點(diǎn)M的選擇，它在點(diǎn)X1，X2連線的左邊或者右邊。 使用中間航途基準(zhǔn)點(diǎn)/位置處理威脅通過規(guī)劃中間航途基準(zhǔn)點(diǎn)/位置完美的解決了避碰和處理靜態(tài)障礙這兩個約束。dk,int和dm,int就是路徑rk(t)和rm(t)從起點(diǎn)到交點(diǎn)的長度。如果將“最小分離距離”用于曲線路徑將會得到錯誤的結(jié)果。如果兩個路徑的安全圈重疊，將會產(chǎn)生碰撞。 第二階段：滿足安全約束在第二階段，要給可以飛行的路徑加上安全約束。這條路徑的曲率輪廓有兩個不連續(xù)的點(diǎn)。隨著約束的增加復(fù)雜性也增加了，這樣就可能得不到一個解決方案，這個問題可以分解為三個階段：第一階段為每架無人機(jī)規(guī)劃一條最短路徑，第二階段添加安全約束，第三階段建立長度相等的飛行路徑。(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。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。 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，它們必須同一時間到達(dá)目標(biāo)區(qū)域。在機(jī)器人應(yīng)用程序中可以看到早期的回旋曲線。Shanmugavel, Tsourdos, Z˙bikowski, White, Rabbath和 Lechevin使用參數(shù)曲線進(jìn)行路徑規(guī)劃。Chandler et al提出使用一個指定的應(yīng)用程序進(jìn)行軌跡協(xié)調(diào)規(guī)劃。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。操作時，每次彈出遇到威脅，泰森多邊形法都會進(jìn)行更新。大多數(shù)的解決方案都可以由一個簡化框圖（見圖2）表示圖2 現(xiàn)有方法的路徑規(guī)劃使用這種方法進(jìn)行路徑規(guī)劃需要輸入航跡點(diǎn)、障礙位置和大小、以及相關(guān)的不確定因素，通過優(yōu)化技術(shù)將這些數(shù)據(jù)進(jìn)行路徑規(guī)劃。 準(zhǔn)備工作在近代多架無人機(jī)的路徑規(guī)劃的研究非?；钴S。躲避障礙和其他無人機(jī)的能力是衡量路徑安全性的主要指標(biāo)，路徑必須保證無人機(jī)避免與己方無人機(jī)相撞，并且能夠靈活的躲避環(huán)境障礙帶來的威脅。路徑規(guī)劃是一個復(fù)雜的問題，它需要滿足操作環(huán)境和其他作戰(zhàn)需求等物理約束，其中最重要的約束是路徑必須是可以飛行的，無人機(jī)的適航路徑必須滿足運(yùn)動學(xué)約束以確保無人機(jī)運(yùn)動在操縱曲率的最高界限。第三層進(jìn)行指導(dǎo)和控制，保證無人機(jī)在第二層規(guī)劃的軌跡上飛行。路徑規(guī)劃是任務(wù)規(guī)劃的一個分支，圖1是任務(wù)規(guī)劃的典型功能體系結(jié)構(gòu)。廉價電子產(chǎn)品的飛速發(fā)展使得無人機(jī)更加實(shí)用。 介紹 在許多應(yīng)用程序中自動控制取代了人類操作，像軍事系統(tǒng)中存在危害人類因素的地方、處理有害物質(zhì)、災(zāi)難管理、監(jiān)視偵察等單調(diào)的操作。在第一階段，每個無人機(jī)都使用Dubins路徑和回旋曲線進(jìn)行路徑規(guī)劃，這些路徑是通過微分幾何原理完成的。使用Dubins路徑和回旋曲線進(jìn)行多個無人機(jī)的路徑規(guī)劃摘要：本文講述了對一群無人機(jī)進(jìn)行路徑規(guī)劃的方法。第一階段使規(guī)劃適航路徑，第二階段通過添加額外的約束規(guī)劃安全的路徑，使無人機(jī)不與其他無人機(jī)或者已知的障礙碰撞，第三階段對路徑進(jìn)行規(guī)劃是無人機(jī)同時到達(dá)目標(biāo)。一些模擬仿真結(jié)果證實(shí)了這一技術(shù)。無人機(jī)在軍事和民用領(lǐng)域都有廣闊的應(yīng)用前景，因
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