一种协同避障方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种协同避障方法及装置，该方法包括：检测到飞行前进方向上存在障碍物，则获取所述障碍物的位置以及所述障碍物的轮廓，沿着所述障碍物的轮廓均匀分布多个点源，形成均匀势场，构造所述均匀势场的势函数，使得构造的障碍物斥力势函数与障碍物的外表面相符，并根据所述障碍物的位置以及所述势函数发出避障控制指令。由于在障碍物外表面上分布的多个点源产生了与障碍物轮廓相符的斥力势场，构造出与障碍物轮廓一致的斥力势函数后，根据与障碍物的距离以及斥力势函数发出避障控制指令后，可以控制无人机集群顺滑且近距离的避开任意形状、任意大小的障碍物。本发明专利技术公开的协同避障方法及装置提高了协同避障方法的适用性。

A collaborative obstacle avoidance method and device

The invention provides a cooperative obstacle avoidance method and device. The method comprises the following steps: detecting an obstacle in the forward flight direction, obtaining the position of the obstacle and the outline of the obstacle, evenly distributing multiple point sources along the outline of the obstacle, forming a uniform potential field, and constructing the potential function of the uniform potential field. The number makes the constructed barrier repulsive force potential function conform to the outer surface of the obstacle, and sends out an obstacle avoidance control command according to the position of the obstacle and the potential function. Because multiple point sources on the outer surface of obstacles produce repulsive force potential field which is consistent with the outline of obstacles, a repulsive force potential function which is consistent with the outline of obstacles is constructed. After issuing obstacle avoidance control commands according to the distance between obstacles and the repulsive force potential function, the UAV cluster can be controlled to smooth and avoid arbitrary at close range. An obstacle of any size or shape. The collaborative obstacle avoidance method and device disclosed in the invention improve the applicability of the collaborative obstacle avoidance method.

【技术实现步骤摘要】
一种协同避障方法及装置
本专利技术涉及协同避障控制领域，尤其涉及一种协同避障方法及装置。
技术介绍
无人机集群在按照预定轨迹飞行的过程中会遇到障碍物，在遇到障碍物时要求无人机集群能够避开障碍物。现有技术中主要采用几何向量法，人工势场法，模型预测法和蚁群算法计算得到避障控制指令，以控制无人机集群绕开障碍物。其中，人工势场法因其算法简单，同时适用于二维和三维地图，且容易加入运动限制条件的优势，在无人机蜂群协同避障领域有广泛的应用。采用人工势场法控制无人机集群绕开障碍物的方式是：在障碍物中心分布一个点源以形成人工势场，并构造人工势场的势函数，然后根据构造好的势函数计算得到避障控制指令，以使得无人机集群能够避开障碍物。由于人工势场法是在障碍物的中心分布一个点源，形成的势场截面是一个标准的圆形，当障碍物不是圆形或者圆柱等回转体时，也只能按照在障碍物中心分布一个点源，并按照圆形的势场截面进行避障，导致不能准确实现近距离避开障碍物的效果。因此，现有技术中按照势函数计算得到避障控制指令，以控制无人机集群绕开障碍物的方法仅适用于圆形或者圆柱等回转体形的障碍物，而不适用于矩形或者多边形的障碍物，存在适用性差的问题。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种协同避障方法及装置，以解决现有技术中协同避障方法存在的适用性差的问题。本专利技术提供一种协同避障方法，包括：检测飞行前进方向上是否存在障碍物；若检测到飞行前进方向上存在障碍物，则获取所述障碍物的位置以及所述障碍物的轮廓；沿着所述障碍物的轮廓均匀分布多个点源，形成均匀势场；构造所述均匀势场的势函数；根据所述障碍物的位置以及所述势函数发出避障控制指令。优选地，所述构造势函数包括：获取预先调整好的势函数参数的参数值；根据所述势函数参数的参数值，构造势函数。优选地，所述势函数参数的参数值的调整方法包括：设置所述势函数参数的参数值；按照设置的所述势函数参数的参数值，通过仿真模型进行避障仿真，得到仿真结果；若所述仿真结果表示避障失败，则更改设置的所述势函数参数的参数值，并返回执行按照设置的势函数参数的参数值，通过仿真模型进行避障仿真，得到仿真结果的步骤；若所述仿真结果表示避障成功，则记录设置的所述势函数参数的参数值。优选地，所述势函数参数包括障碍物斥力势函数系数，所述按照设置的所述势函数参数的参数值，通过仿真模型进行避障仿真，得到仿真结果包括：按照设置的所述障碍物斥力势函数系数的参数值，构造障碍物斥力势函数；分别计算距离所述多个点源中每个点源的距离值；根据每个所述距离值，分别对所述障碍物斥力势函数进行积分计算，得到斥力总势能；根据所述斥力总势能，通过仿真模型进行避障仿真，得到仿真结果。优选地，所述势函数参数还包括集群中各个成员之间的引力势函数参数、集群中各个成员之间的斥力势函数参数、领航者位置引力势函数参数、领航者速度引力势函数参数和领航者速度斥力势函数参数；所述按照设置的所述障碍物斥力势函数系统的参数值，构造障碍物斥力势函数之前，还包括：根据对集群队形影响的动态响应特性，分别确定集群中各个成员之间的引力势函数参数的参数值和斥力势函数参数的参数值；根据对集群中领航者的跟踪动态响应特性，分别确定领航者位置引力势函数参数的参数值、领航者速度引力势函数参数的参数值、领航者速度斥力势函数参数的参数值。本专利技术还提供一种协同避障装置，包括：检测单元，用于检测飞行前进方向上是否存在障碍物；获取单元，用于在所述检测单元检测到飞行前进方向上存在障碍物时，获取所述障碍物的位置以及所述障碍物的轮廓；设置单元，用于沿着所述障碍物的轮廓均匀分布多个点源，形成均匀势场；构造单元，用于构造所述均匀势场的势函数；控制单元，用于根据所述障碍物的位置以及所述势函数发出避障控制指令。优选地，所述构造单元包括：获取子单元，用于获取预先调整好的势函数参数的参数值；构造子单元，用于根据所述势函数参数的参数值，构造势函数。优选地，还包括：参数设置单元，用于设置所述势函数参数的参数值；仿真单元，用于按照设置的所述势函数参数的参数值，通过仿真模型进行避障仿真，得到仿真结果；更改单元，用于若所述仿真结果表示避障失败，则更改设置的所述势函数参数的参数值，并调用所述仿真单元；记录单元，用于若所述仿真结果表示避障成功，则记录设置的所述势函数参数的参数值。优选地，所述势函数参数包括障碍物斥力势函数系数，所述仿真单元具体包括：斥力势函数构造子单元，用于按照设置的所述障碍物斥力势函数系数的参数值，构造障碍物斥力势函数；计算子单元，用于分别计算距离所述多个点源中每个点源的距离值；积分子单元，用于根据每个所述距离值，分别对所述障碍物斥力势函数进行积分计算，得到斥力总势能；仿真子单元，用于根据所述斥力总势能，通过仿真模型进行避障仿真，得到仿真结果。优选地，所述势函数参数还包括集群中各个成员之间的引力势函数参数、集群中各个成员之间的斥力势函数参数、领航者位置引力势函数参数、领航者速度引力势函数参数和领航者速度斥力势函数参数；还包括：第一确定单元，用于根据对集群队形影响的动态响应特性，分别确定集群中各个成员之间的引力势函数参数的参数值和斥力势函数参数的参数值；第二确定单元，用于根据对集群中领航者的跟踪动态响应特性，分别确定领航者位置引力势函数参数的参数值、领航者速度引力势函数参数的参数值、领航者速度斥力势函数参数的参数值。与现有技术相比，本专利技术具有如下优点：本申请中若检测到飞行前进方向上存在障碍物，则获取所述障碍物的位置以及所述障碍物的轮廓，沿着所述障碍物的轮廓均匀分布多个点源，形成均匀势场，构造所述均匀势场的势函数，使得构造的障碍物斥力势函数与障碍物的外表面相符，并根据所述障碍物的位置以及所述势函数发出避障控制指令。由于基于面源法的无人机集群协同避障方法，是在障碍物外表面均匀分布多个点源，以产生与障碍物轮廓相符的斥力势场，生成的斥力势场叠加均匀流场后可以围绕障碍物生成一个与障碍物外形轮廓匹配的速度场，构造出与障碍物轮廓一致的斥力势函数后，根据与障碍物的距离以及斥力势函数发出避障控制指令后，可以控制无人机集群顺滑且近距离的避开任意形状、任意大小的障碍物，本专利技术公开的协同避障方法及装置提高了协同避障方法的适用性。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本专利技术实施例提供的一种协同避障方法的流程图；图2是本专利技术实施例提供的另一种协同避障方法的流程图；图3是本专利技术实施例提供的仿真模型的结构示意图；图4是利用本专利技术实施例提供的协同避障方法进行避障仿真的一种仿真结果示意图；图5是利用本专利技术实施例提供的协同避障方法进行避障仿真的另一种仿真结果示意图；图6是利用本专利技术实施例提供的协同避障方法进行避障仿真的另一种仿真结果示意图；图7是利用本专利技术实施例提供的协同避障方法进行避障仿真的另一种仿真结果示意图；图8是利用本专利技术实施例提供的协同避障方法进行避障仿真的另一种仿真结果示意图；图9是利用本专利技术实施例提供的协同避障方法进行避障仿真的另一种仿真本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种协同避障方法，其特征在于，包括：检测飞行前进方向上是否存在障碍物；若检测到飞行前进方向上存在障碍物，则获取所述障碍物的位置以及所述障碍物的轮廓；沿着所述障碍物的轮廓均匀分布多个点源，形成均匀势场；构造所述均匀势场的势函数；根据所述障碍物的位置以及所述势函数发出避障控制指令。

【技术特征摘要】
1.一种协同避障方法，其特征在于，包括：检测飞行前进方向上是否存在障碍物；若检测到飞行前进方向上存在障碍物，则获取所述障碍物的位置以及所述障碍物的轮廓；沿着所述障碍物的轮廓均匀分布多个点源，形成均匀势场；构造所述均匀势场的势函数；根据所述障碍物的位置以及所述势函数发出避障控制指令。2.根据权利要求1所述的协同避障方法，其特征在于，所述构造势函数包括：获取预先调整好的势函数参数的参数值；根据所述势函数参数的参数值，构造势函数。3.根据权利要求1或2所述的协同避障方法，其特征在于，所述势函数参数的参数值的调整方法包括：设置所述势函数参数的参数值；按照设置的所述势函数参数的参数值，通过仿真模型进行避障仿真，得到仿真结果；若所述仿真结果表示避障失败，则更改设置的所述势函数参数的参数值，并返回执行按照设置的势函数参数的参数值，通过仿真模型进行避障仿真，得到仿真结果的步骤；若所述仿真结果表示避障成功，则记录设置的所述势函数参数的参数值。4.根据权利要求3所述的协同避障方法，其特征在于，所述势函数参数包括障碍物斥力势函数系数，所述按照设置的所述势函数参数的参数值，通过仿真模型进行避障仿真，得到仿真结果包括：按照设置的所述障碍物斥力势函数系数的参数值，构造障碍物斥力势函数；分别计算距离所述多个点源中每个点源的距离值；根据每个所述距离值，分别对所述障碍物斥力势函数进行积分计算，得到斥力总势能；根据所述斥力总势能，通过仿真模型进行避障仿真，得到仿真结果。5.根据权利要求4所述的协同避障方法，其特征在于，所述势函数参数还包括集群中各个成员之间的引力势函数参数、集群中各个成员之间的斥力势函数参数、领航者位置引力势函数参数、领航者速度引力势函数参数和领航者速度斥力势函数参数；所述按照设置的所述障碍物斥力势函数系统的参数值，构造障碍物斥力势函数之前，还包括：根据对集群队形影响的动态响应特性，分别确定集群中各个成员之间的引力势函数参数的参数值和斥力势函数参数的参数值；根据对集群中领航者的跟踪动态响应特性，分别确定领航者位置引力势函数参数的参数值、领航者速度引力势函数参数的参数值、领航者速度斥力势函数参数的参数值。6.一种协同避障装置，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：周钊，宋亮，
申请(专利权)人：北京润科通用技术有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11