无人机集群曲线虚拟管道空间满足规划

来源：系统工程与电子技术杂志2024年第10期北京时间：

作者：肖士博, 齐国元, 邓嘉豪, 苏鹏鹏, 贾晶童

单位：1. 天津工业大学控制科学与工程学院, 天津 300387；2. 天津工业大学电子与信息工程学院, 天津 300387

摘要：虚拟管道宽度直接影响了管道内无人机的流速, 但目前虚拟管道规划的方法并不能保证管道宽度, 容易造成堵塞, 严重影响无人机通行效率。对此, 提出一种虚拟管道空间满足规划方法, 可以在包含障碍物的环境中得到一条满足虚拟管道空间要求的管道生成线。主要包括路径搜索和轨迹优化, 基于快速探索随机树* (rapidly exploring random tree*, RRT*)搜索, 通过空间检测判断每段路径周围是否有足够空间, 若无足够空间则重新拓展搜索, 替换掉空间不足的路径段。在轨迹优化过程中, 使用均匀B样条参数化轨迹, 并设计碰撞代价函数和光滑代价函数, 使轨迹远离障碍物, 为虚拟管道规划提供足够空间。仿真测试验证了所提方法在大规模集群中的优越性和鲁棒性。在仿真测试中, 15架无人机集群通行时间平均降低20%。

关键词：虚拟管道,四旋翼飞行器,运动规划,路径搜索,均匀B样条,空间满足

基金资助：国家自然科学基金(61973234)