CN107807658B - 面向多无人机编队飞行任务的轨迹规划方法 - Google Patents
面向多无人机编队飞行任务的轨迹规划方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN107807658B CN107807658B CN201710923909.8A CN201710923909A CN107807658B CN 107807658 B CN107807658 B CN 107807658B CN 201710923909 A CN201710923909 A CN 201710923909A CN 107807658 B CN107807658 B CN 107807658B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- track
- unmanned aerial
- turning radius
- trajectory
- speed
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
- G05D1/00—Control of position, course or altitude of land, water, air, or space vehicles, e.g. automatic pilot
- G05D1/10—Simultaneous control of position or course in three dimensions
- G05D1/101—Simultaneous control of position or course in three dimensions specially adapted for aircraft
- G05D1/104—Simultaneous control of position or course in three dimensions specially adapted for aircraft involving a plurality of aircrafts, e.g. formation flying
Abstract
本发明公开了一种面向多无人机编队飞行任务的轨迹规划方法，包括以下步骤；1)基于飞行任务要求及无人机间的安全距离，生成多条无人机飞行的轨迹；2)依次取相邻的至少三个轨迹点并计算每个轨迹段对应的转弯半径；3)对转弯半径小于最小转弯半径的轨迹段进行贝塞尔曲线处理，4)判断各轨迹段是否满足最小转弯半径和速度限制条件。本发明使用matlab进行初步轨迹初步规划，规划同时考虑到多机间距离限制，完成多无人机的编队轨迹规划,提高多无人机飞行的安全性。本发明采用贝塞尔曲线规划，以去除轨迹中的尖角部分，使编队轨迹更加平滑，从运动学性能方面对无人机轨迹进行规划，使轨迹满足最小转弯半径限制、最大速度限制，使规划出的曲线更利于无人机自主飞行。
Description
技术领域
本发明涉及无人机控制技术领域，特别是涉及一种面向多无人机编队飞行任务的轨迹规划方法。
背景技术
随着无人机任务的多元化增加，纯粹的手动飞行模式已经渐渐不能满足日常无人机飞行任务的需求，所以对于无人机的轨迹规划成为了一种必然的需求，而生成一条从起点到目标点的轨迹正是无人机能够进行自主飞行的基础。近年来，研究人员基于此问题进行大量的研究，而这些研究的内容大都是是如何生成一条满足威胁、油耗等约束的轨迹；例如蚁群算法、随机搜索法等传统的轨迹规划算法更偏向于无人机自动避障，对于自身的运动学条件考虑较少,在实际中，无人机飞行需要的轨迹应在每一点上都满足运动学限制并可飞。而在较短距离的飞行任务中，无人机飞行的轨迹往往对其本身动力学性能的要求更加严格；导致一些无人机室内飞行控制的任务无法顺利的完成。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术中存在的技术缺陷，而提供一种面向多无人机编队飞行任务的轨迹规划方法，能够根据不同的实际任务规划出多无人机的编队飞行轨迹，符合无人机的运动学限制要求，实现多无人机编队飞行任务。
为实现本发明的目的所采用的技术方案是：
一种面向多无人机编队飞行任务的轨迹规划方法，包括以下步骤；
1)基于飞行任务要求及无人机间的安全距离，生成多条无人机飞行的轨迹；
2)依次取相邻的至少三个轨迹点并计算每个轨迹段对应的转弯半径；
3)对转弯半径小于最小转弯半径的轨迹段进行贝塞尔曲线处理，并在处理后的贝塞尔曲线中根据速度限制条件选取轨迹点；
4)判断各轨迹段是否满足最小转弯半径和速度限制条件，对不满足的轨迹段重新进行步骤1)-3)，直至所有轨迹段满足最小转弯半径和速度限制条件。
在所述的步骤2)中，选取三个轨迹点进行转弯半径计算。
在所述的步骤3)中，轨迹段的速度越大取的贝塞尔曲线处理后选取的轨迹点越多。
所述的步骤3)中，对转弯半径小于最小转弯半径的轨迹段：
如果该轨迹段内无人机的速度在正常速度的0.5以下，将直接重新进行轨迹规划以增大速度；
如果该轨迹段内无人机的速度在正常速度的0.5-1.25倍之间，在处理后的贝塞尔曲线中均匀取3-4个轨迹点，对转弯半径不小于最小转弯半径的轨迹段保持不变；
如果无人机的速度在正常速度的1.25-1.75倍之间，在处理后的贝塞尔曲线中均匀取4-5个轨迹点，对转弯半径不小于最小转弯半径的轨迹段同样进行贝塞尔曲线处理并取4-5个轨迹点；
如果无人机的速度在正常速度的1.75倍以上，在处理后的贝塞尔曲线中均匀取5-6个轨迹点，对转弯半径不小于最小转弯半径的轨迹段同样进行贝塞尔曲线处理并取5-6个轨迹点。
所述的步骤1)中利用matlab按固定步时生成轨迹。
所述的步骤4)中再次进行取轨迹点取点进行转弯半径计算时轨迹段所包含的轨迹点与上次选取的轨迹点不同。与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明使用matlab进行初步轨迹初步规划，规划同时考虑到多机间距离限制，完成多无人机的编队轨迹规划,提高多无人机飞行的安全性。本发明采用贝塞尔曲线规划，以去除轨迹中的尖角部分，使编队轨迹更加平滑，从运动学性能方面对无人机轨迹进行规划，使轨迹满足最小转弯半径限制、最大速度限制，使规划出的曲线更利于无人机自主飞行。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明的面向多无人机编队飞行任务的轨迹规划方法，包括以下步骤；
1)基于飞行任务要求及无人机间的安全距离，生成多条无人机飞行的轨迹，该轨迹由多个轨迹点构成，相邻轨迹点的间距即步长不同，相邻轨迹点的飞行时间为设定时间；该步骤中，可使用matlab进行的轨迹规划，即使用固定的市场根据飞行任务要求的特定的曲线画出的轨迹，
具体来说，所述轨迹规划方法需要考虑编队飞行的任务，使用matlab软件按照人为础轨迹的形状，例如飞机绕立体金字塔飞行、按照八字形状飞行、按照椭圆形状飞行。此外在规划轨迹过程中，应考虑实际编队的飞机大小来规定规划出的多无人机间的距离限制大小，在实际规划中保持多个无人机间的间距都满足这一限制条件。
2)依次取相邻的三个轨迹点并计算每个轨迹段对应的转弯半径，即整个轨迹按轨迹点分成数个依次相连的轨迹段，并计算每个轨迹段的和转弯半径；
3)对转弯半径小于最小转弯半径的轨迹段进行贝塞尔曲线处理，并在处理后的贝塞尔曲线中根据速度限制条件均匀取轨迹点；轨迹段的速度越大取的轨迹点越多，即如果轨迹段内的速度过大甚至超过正常速度，则通过增加轨迹点的方式减少轨迹段内的运行速度，使整体运行平滑稳定。
4)判断各轨迹段是否满足最小转弯半径和速度限制条件，对不满足的轨迹段重新进行步骤1)-3)，直至所有轨迹段满足最小转弯半径和速度限制条件。所述的步骤4)中再次进行取轨迹点取点进行转弯半径计算时轨迹段所包含的轨迹点与上次选取的轨迹点不同，选取不同的起始点，如再次计算时利用第二个轨迹点作为起始点等。
本发明使用matlab进行初步轨迹初步规划，规划同时考虑到多机间距离限制，完成多无人机的编队轨迹规划,提高多无人机飞行的安全性。本发明采用贝塞尔曲线规划，以去除轨迹中的尖角部分，使编队轨迹更加平滑，从运动学性能方面对无人机轨迹进行规划，使规划出的曲线更利于无人机自主飞行。
具体来说，所述的步骤3)中，如果该轨迹段内无人机的速度在正常速度的0.5～1.25倍之间，在处理后的贝塞尔曲线中均匀取3-4个轨迹点(该3-4个轨迹点含该轨迹段两端的轨迹点，即仅选取1-2个控制点作为轨迹点)，对转弯半径不小于最小转弯半径的轨迹段保持不变；如果无人机的速度在正常速度的1.25～1.75倍之间，在处理后的贝塞尔曲线中均匀取4-5个轨迹点(该4-5个轨迹点含该轨迹段两端的轨迹点，即仅选取2-3个控制点作为轨迹点)，对转弯半径不小于最小转弯半径的轨迹段同样进行贝塞尔曲线处理并取4-5个轨迹点(该4-5个轨迹点含该轨迹段两端的轨迹点，即仅选取2-3个控制点作为轨迹点)；如果无人机的速度在正常速度的1.75倍以上，在处理后的贝塞尔曲线中均匀取5-6个轨迹点(该5-6个轨迹点含该轨迹段两端的轨迹点，即仅选取3-4个控制点作为轨迹点)，对转弯半径不小于最小转弯半径的轨迹段同样进行贝塞尔曲线处理并取5-6个轨迹点(该5-6个轨迹点含该轨迹段两端的轨迹点，即仅选取3-4个控制点作为轨迹点)。
另外，对转弯半径小于最小转弯半径的轨迹段,如果该轨迹段内无人机的速度在正常速度的0.5倍以下，将直接重新进行轨迹规划，如直接进入步骤4)中的再次规划，即利用matlab重新对此段轨迹进行规划，使速度增加至要求的范围内；即，在步骤4)中，对转弯半径小于最小转弯半径的轨迹段,首先判断其内运行速度是否大于或者等于正常速度的一半，如果大于，则视为正常飞行，进行贝塞尔曲线处理并重新选定轨迹点，而对于运行速度小于正常速度的一半的轨迹段，则直接进行再规划以增大速度，如，再规划时减少该轨迹段内的控制点数量等，省略对其进行贝塞尔曲线处理的步骤，先进行速度判断，在进行类别内细分，有效减少计算量，同时使得轨迹飞行更为平稳。
以该段轨迹的飞行速度即限定了最小转弯半径，以最小转弯半径为参考将轨迹段进行分类，对于转弯半径小于最小转弯半径的轨迹段进行贝塞尔曲线处理，产生更多的可选轨迹点，进一步优化轨迹，而且，针对原速度不同的轨迹段贝塞尔曲线处理后选取不同数量的轨迹点，通过轨迹点的增加，使其满足最大速度限制，能有效协调轨迹的平滑性和控制难度。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种面向多无人机编队飞行任务的轨迹规划方法，其特征在于，包括以下步骤；
1）基于飞行任务要求及无人机间的安全距离，生成多条无人机飞行的轨迹；
2）依次取相邻的至少三个轨迹点并计算每个轨迹段对应的转弯半径；
3）对转弯半径小于最小转弯半径的轨迹段进行贝塞尔曲线处理，并在处理后的贝塞尔曲线中根据速度限制条件选取轨迹点；轨迹段的速度越大取的贝塞尔曲线处理后选取的轨迹点越多；
4）判断各轨迹段是否满足最小转弯半径和速度限制条件，对不满足的轨迹段重新进行步骤1）-3），直至所有轨迹段满足最小转弯半径和速度限制条件。
2.如权利要求1所述的轨迹规划方法，其特征在于，在所述的步骤2）中，选取三个轨迹点进行转弯半径计算。
3.如权利要求2所述的轨迹规划方法，其特征在于，所述的步骤3）中，对转弯半径小于最小转弯半径的轨迹段：
如果该轨迹段内无人机的速度在正常速度的0.5以下，将直接重新进行轨迹规划以增大速度；
如果该轨迹段内无人机的速度在正常速度的0.5-1.25倍之间，在处理后的贝塞尔曲线中均匀取3-4个轨迹点，对转弯半径不小于最小转弯半径的轨迹段保持不变；
如果无人机的速度在正常速度的1.25-1.75倍之间，在处理后的贝塞尔曲线中均匀取4-5个轨迹点，对转弯半径不小于最小转弯半径的轨迹段同样进行贝塞尔曲线处理并取4-5个轨迹点；
如果无人机的速度在正常速度的1.75倍以上，在处理后的贝塞尔曲线中均匀取5-6个轨迹点，对转弯半径不小于最小转弯半径的轨迹段同样进行贝塞尔曲线处理并取5-6个轨迹点。
4.如权利要求1所述的轨迹规划方法，其特征在于，所述的步骤1）中利用matlab按固定步时生成轨迹。
5.如权利要求1所述的轨迹规划方法，其特征在于，所述的步骤4）中再次进行取轨迹点取点进行转弯半径计算时轨迹段所包含的轨迹点与上次选取的轨迹点不同。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201710923909.8A CN107807658B (zh) | 2017-09-30 | 2017-09-30 | 面向多无人机编队飞行任务的轨迹规划方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201710923909.8A CN107807658B (zh) | 2017-09-30 | 2017-09-30 | 面向多无人机编队飞行任务的轨迹规划方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN107807658A CN107807658A (zh) | 2018-03-16 |
| CN107807658B true CN107807658B (zh) | 2020-11-06 |
Family
ID=61584069
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201710923909.8A Active CN107807658B (zh) | 2017-09-30 | 2017-09-30 | 面向多无人机编队飞行任务的轨迹规划方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN107807658B (zh) |
Families Citing this family (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108897339B (zh) * | 2018-07-24 | 2020-10-27 | 西北工业大学 | 一种基于速度规划的受约束多智能体编队方法 |
| CN109129473B (zh) * | 2018-08-07 | 2021-09-14 | 北京云迹科技有限公司 | 一种巡游方法和巡游机器人 |
| CN110304239B (zh) * | 2019-07-24 | 2022-07-19 | 中国民航大学 | 一种大型无人机回收小型无人机的协同飞行方法 |
| CN110308742B (zh) * | 2019-07-30 | 2022-04-22 | 南京邮电大学 | 基于同步策略的多无人机时变编队控制方法 |
| CN111221354B (zh) * | 2019-11-26 | 2021-09-21 | 南京航空航天大学 | 一种基于改进的转弯半径的固定翼编队控制方法 |
| CN111158392B (zh) * | 2020-01-09 | 2023-05-26 | 辽宁壮龙无人机科技有限公司 | 无人机转弯的规划控制方法、装置、电子设备及存储介质 |
| CN111474949B (zh) * | 2020-01-14 | 2023-12-26 | 一飞智控(天津)科技有限公司 | 无人机集群飞行可行路径轨迹规划方法、无人机群及介质 |
| CN112731959A (zh) * | 2020-12-01 | 2021-04-30 | 一飞智控(天津)科技有限公司 | 一种无人机编队圆弧引导切换目标动态规划方法 |
| CN113359708B (zh) * | 2021-05-19 | 2022-06-17 | 北京航空航天大学 | 一种基于相对距离测量的受约束智能体编队控制方法 |
| CN113759985A (zh) * | 2021-08-03 | 2021-12-07 | 华南理工大学 | 一种无人机飞行控制方法、系统、装置及存储介质 |
| CN115329595B (zh) * | 2022-08-31 | 2023-04-14 | 哈尔滨工业大学 | 一种基于知识与经验的无人机集群任务规划方法及系统 |
| CN117315198B (zh) * | 2023-10-09 | 2024-04-16 | 中微智创(北京)软件技术有限公司 | 一种动目标轨迹拐角平缓微调的平滑优化方法和系统 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102207736A (zh) * | 2010-03-31 | 2011-10-05 | 中国科学院自动化研究所 | 基于贝塞尔曲线的机器人路径规划方法及装置 |
| CN104075717A (zh) * | 2014-01-21 | 2014-10-01 | 武汉吉嘉伟业科技发展有限公司 | 一种基于改进a*算法的无人机航线规划算法 |
| CN104808688A (zh) * | 2015-04-28 | 2015-07-29 | 武汉大学 | 一种无人机曲率连续可调路径规划方法 |
| CN105573315A (zh) * | 2015-12-01 | 2016-05-11 | 珞石（北京）科技有限公司 | 用于工业机器人的笛卡尔空间轨迹的几何平滑方法 |
| CN106325294A (zh) * | 2016-08-22 | 2017-01-11 | 上海交通大学 | 基于贝塞尔曲线转接的无人机轨迹平滑方法 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8082102B2 (en) * | 2008-01-14 | 2011-12-20 | The Boeing Company | Computing flight plans for UAVs while routing around obstacles having spatial and temporal dimensions |
-
2017
- 2017-09-30 CN CN201710923909.8A patent/CN107807658B/zh active Active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102207736A (zh) * | 2010-03-31 | 2011-10-05 | 中国科学院自动化研究所 | 基于贝塞尔曲线的机器人路径规划方法及装置 |
| CN104075717A (zh) * | 2014-01-21 | 2014-10-01 | 武汉吉嘉伟业科技发展有限公司 | 一种基于改进a*算法的无人机航线规划算法 |
| CN104808688A (zh) * | 2015-04-28 | 2015-07-29 | 武汉大学 | 一种无人机曲率连续可调路径规划方法 |
| CN105573315A (zh) * | 2015-12-01 | 2016-05-11 | 珞石（北京）科技有限公司 | 用于工业机器人的笛卡尔空间轨迹的几何平滑方法 |
| CN106325294A (zh) * | 2016-08-22 | 2017-01-11 | 上海交通大学 | 基于贝塞尔曲线转接的无人机轨迹平滑方法 |
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| Real-time smooth trajectory generation for nonholonomic mobile robots using Bézier curves;Kenneth Renny Simba，etc;《Robotics and Computer-Integrated Manufacturing》;20161031;全文 * |
| 一种利用改进Ａ*算法的无人机航迹规划;占伟伟，等;《武汉大学学报·信息科学版》;20150421;全文 * |
| 基于Bezier曲线的多无人机路径规划算法;胡峰，等;《第二十九届中国控制会议论文集》;20100729;全文 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN107807658A (zh) | 2018-03-16 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN107807658B (zh) | 面向多无人机编队飞行任务的轨迹规划方法 | |
| CN106325294B (zh) | 基于贝塞尔曲线转接的无人机轨迹平滑方法 | |
| CN106598070B (zh) | 一种农用植保无人机喷施过程中多障碍、小障碍下的避障方法及无人机 | |
| CN111260963A (zh) | 一种多船会遇避碰方法 | |
| CN111708370A (zh) | 基于人工势场的多机器人协同路径规划方法和系统 | |
| CN110487290B (zh) | 基于变步长a星搜索的无人驾驶汽车局部路径规划方法 | |
| CN112013846A (zh) | 一种结合动态步长rrt*算法和势场法的路径规划方法 | |
| CN107063255A (zh) | 一种基于改进果蝇优化算法的三维航路规划方法 | |
| CN113268081B (zh) | 一种基于强化学习的小型无人机防控指挥决策方法及系统 | |
| CN111024085B (zh) | 一种具有端点方向和时间约束的无人机航迹规划方法 | |
| CN110488835B (zh) | 一种基于双反向传播神经网络的无人系统智能局部路径规划方法 | |
| CN105953800A (zh) | 一种无人飞行器航迹规划栅格空间划分方法 | |
| CN113156954B (zh) | 一种基于增强学习的多智能体集群避障方法 | |
| CN110836670B (zh) | 一种求解无人机约束航路规划的混合烟花粒子群协同方法 | |
| CN112965523B (zh) | 一种绳系连接多飞行器离线轨迹生成方法 | |
| CN103413186A (zh) | 一种基于混合优化算法的多飞行器协同目标分配方法 | |
| CN114115362A (zh) | 一种基于双向apf-rrt*算法的无人机航迹规划方法 | |
| CN110413005A (zh) | 一种基于逆推法的多无人机协同航迹规划方法 | |
| CN110989656A (zh) | 一种基于改进人工势场法的冲突解脱方法 | |
| CN112925342A (zh) | 基于改进相互速度障碍法的无人机动态避障方法 | |
| CN110530373A (zh) | 一种机器人路径规划方法、控制器及系统 | |
| CN112506230A (zh) | 基于螺旋线的群组移动性模型构建方法 | |
| CN113741186A (zh) | 一种基于近端策略优化的双机空战决策方法 | |
| Wang et al. | UAV online path planning based on improved genetic algorithm | |
| Xiang-Yin et al. | Differential evolution-based receding horizon control design for multi-UAVs formation reconfiguration |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right | ||
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |
Denomination of invention: Trajectory planning method for multi UAV formation mission Effective date of registration: 20210610 Granted publication date: 20201106 Pledgee: Guangzhou crossing Qianji Innovation Technology Co., Ltd Pledgor: EFY INTELLIGENT CONTROL (TIANJIN) TECH Co.,Ltd. Registration number: Y2021120000025 |