一种基于三维空间曲线的无人机协同路径规划方法技术

本发明专利技术属于无人机控制相关技术领域，并公开了一种基于三维空间曲线的无人机协同路径规划方法，包括：对无人机运动参数执行初始化，并构建飞行地理模型；生成多条三维空间曲线作为可选的飞行路径，并获得任一时刻所对应的位置点三维坐标及速度矢量，然后基于毕达哥拉夫条件等式来筛选合适的三维空间曲线；设定五阶曲线的控制点，并基于这些控制点构建算法来获取最优化飞行路径，由此完成整体的路径规划过程。通过本发明专利技术，不仅可获得更高精度和更高效率的三维空间规划路径，而且可有效避开各种飞行过程中的障碍物，同时具备无需再次光滑处理规划路径、满足无人机运动学约束等特点。

An unmanned aerial vehicle cooperative path planning method based on three-dimensional space curve

The invention belongs to the technical field of UAV control, and discloses a UAV cooperative path planning method based on three-dimensional space curve includes: initialization of UAV motion parameters, and construct the flying geographical model; create multi dimensional curve as the flight path optional, and get the corresponding position at any time the 3D coordinates and velocity vector, and then Gelafu Burda equation of condition based screening 3D space curve fitting; control point set five order curve, and on the basis of the construction control algorithm to obtain the optimal flight path, thus completing the whole process of path planning. Through the invention, we can not only get a more precise and efficient three-dimensional space planning path, but also avoid obstacles in various flight processes effectively, and at the same time, do not need to smooth the planning path again, and meet the kinematic constraints of UAVs.

【技术实现步骤摘要】
一种基于三维空间曲线的无人机协同路径规划方法
本专利技术涉及无人机控制相关
，更具体地，涉及一种基于三维空间曲线的无人机协同路径规划方法。
技术介绍
无人机(UnmannedAerialVehicle)是指利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵的不载人飞机。与载人飞机相比，无人机具有灵活性高、成本低、安全性高以及隐蔽性强等特点，这些特有的优越性能使无人机技术快速发展，逐渐成为世界前沿科技的代表性技术，被广泛应用于各种军事侦察、城市快递、地形勘探、环境监测等领域。无人机路径规划的目的在于满足无人机及环境的约束条件下，寻找初始位置和目标位置之间的最优或接近最优的路径。作为无人机自主飞行的核心技术之一，无人机路径规划方案根据无人机对环境地图掌握程度不同，可以分为全局路径规划和局部路径规划等基本类型。现有技术中已经提出了一些用于无人机的路径规划方法。例如，CN104808688A公开了一种无人机曲率连续可调路径规划方法，并包括以下步骤：首先执行路径曲率连续化，利用参数化Catmull-Rom曲线连接路标点，通过优化插值方法保证连接点处曲率连续；接着计算路径曲线各点曲率值，查找并标注本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于三维空间曲线的无人机协同路径规划方法，其特征在于，该方法包括下列步骤：(1)针对作为规划对象的无人机，对其相关的多个运动参数进行初始化，包括无人机起点的三维空间坐标、无人机终点三维空间坐标，飞行曲率和飞行安全间距等，同时构建反映无人机飞行环境特征的无人机飞行地理模型，其中包括该飞行环境中各类障碍物的三维空间坐标；(2)利用步骤(1)所获得的飞行地理模型、无人机起点及终点三维空间坐标，生成相应的多条三维空间曲线作为可选的飞行路径，同时针对各个飞行路径也即各条三维空间曲线获得任一时刻t所对应的位置点的三维坐标(xm(t),ym(t),zm(t)),以及各位置点所对应的速度矢量(x'm(t)...

【技术特征摘要】
1.一种基于三维空间曲线的无人机协同路径规划方法，其特征在于，该方法包括下列步骤：(1)针对作为规划对象的无人机，对其相关的多个运动参数进行初始化，包括无人机起点的三维空间坐标、无人机终点三维空间坐标，飞行曲率和飞行安全间距等，同时构建反映无人机飞行环境特征的无人机飞行地理模型，其中包括该飞行环境中各类障碍物的三维空间坐标；(2)利用步骤(1)所获得的飞行地理模型、无人机起点及终点三维空间坐标，生成相应的多条三维空间曲线作为可选的飞行路径，同时针对各个飞行路径也即各条三维空间曲线获得任一时刻t所对应的位置点的三维坐标(xm(t),ym(t),zm(t)),以及各位置点所对应的速度矢量(x'm(t),y'm(t),z'm(t)),其中m表示对各个飞行路径依次赋予的路径序号且m＝1,2,3,…；接着，判断各条三维空间曲线上的各位置点所对应的速度矢量是否满足毕达哥拉夫条件等式，并且进一步删除其中不满足该条件等式的三维空间曲线，同时保留满足该条件等式的其余三维空间曲线。(3)针对步骤(2)所保留的其余三维空间曲线，继续根据以下表达式组来设定五阶曲线的控制点及其对应的三维坐标值，其具体过程如下：

【专利技术属性】
技术研发人员：高亮，邬嘉扬，李新宇，易进，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42