【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及仿生撲翼飛行器，特別是指一種面向撲翼飛行器模型約束的路徑規(guī)劃方法及裝置。
技術(shù)介紹
1、仿生撲翼飛行器是一種通過模仿自然界中的鳥類昆蟲等撲動(dòng)翅翼產(chǎn)生升推力進(jìn)行飛行的仿生飛行器，在大自然的長期演化過程中，眾多飛行生物均進(jìn)化出了撲動(dòng)翅翼的飛行方式，并且許多的飛行生物都有著很高的飛行效率，可見撲翼飛行器相比旋翼和固定翼所具有的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。不僅如此，撲翼飛行器由于其仿生性使得其在軍事偵察等方面具有十分廣闊的應(yīng)用前景。
2、但由于撲翼飛行器發(fā)展較慢，人們對(duì)撲翼飛行器氣動(dòng)機(jī)理認(rèn)識(shí)的模糊，撲翼飛行器飛行機(jī)理的復(fù)雜，且難以設(shè)計(jì)和制造等因素，導(dǎo)致現(xiàn)階段撲翼飛行器還處于一個(gè)起步階段，對(duì)于撲翼飛行器的規(guī)劃及控制方法一直缺乏探索，目前對(duì)于一些其他飛行器上常見的任務(wù)例如軌跡跟蹤等都有了成熟的解決方案，而在撲翼飛行器上這些任務(wù)都缺乏成熟有效的路徑規(guī)劃與控制策略。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、為了解決現(xiàn)有撲翼飛行器在氣動(dòng)機(jī)理研究上的不確定性、飛行控制的復(fù)雜性、以及缺乏有效的軌跡任務(wù)算法等技術(shù)問題，本專利技術(shù)實(shí)施例提供了一種面向撲翼飛行器模型約束的路徑規(guī)劃方法及裝置。所述技術(shù)方案如下：
2、一方面，提供了一種面向撲翼飛行器模型約束的路徑規(guī)劃方法，該方法由路徑規(guī)劃設(shè)備實(shí)現(xiàn)，該方法包括：
3、s1、獲取待進(jìn)行路徑規(guī)劃的撲翼飛行器的路徑起點(diǎn)以及路徑終點(diǎn)。
4、s2、構(gòu)建撲翼飛行器機(jī)動(dòng)性能的模型約束，根據(jù)模型約束構(gòu)建撲翼飛行器路徑規(guī)劃模型。
5、s3、根據(jù)路徑
6、可選地，s2中的撲翼飛行器機(jī)動(dòng)性能的模型約束，包括：最遠(yuǎn)飛行距離約束、最小轉(zhuǎn)彎半徑約束以及最小步長約束。
7、其中，最遠(yuǎn)飛行距離約束，如下式（1）所示：
8、（1）
9、式中，表示路徑長度，表示預(yù)設(shè)的最遠(yuǎn)飛行距離，表示節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)，表示每個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的距離。
10、最小轉(zhuǎn)彎半徑約束，如下式（2）所示：
11、（2）
12、式中，表示任意轉(zhuǎn)彎半徑，表示最小轉(zhuǎn)彎半徑為，表示最小飛行速度，表示傾斜角。
13、最小步長約束，如下式（3）所示：
14、（3）
15、式中，表示任意步長，表示最小步長。
16、可選地，s3中的根據(jù)路徑起點(diǎn)、路徑終點(diǎn)以及撲翼飛行器路徑規(guī)劃模型，得到路徑規(guī)劃結(jié)果，包括：
17、s31、對(duì)路徑起點(diǎn)建立第一棵樹，對(duì)路徑終點(diǎn)建立第二棵樹，并設(shè)置代價(jià)函數(shù)。
18、s32、判斷是否達(dá)到預(yù)設(shè)迭代次數(shù)；若是，則執(zhí)行步驟s38；若否，則執(zhí)行步驟s33。
19、s33、生成隨機(jī)節(jié)點(diǎn)。
20、s34、根據(jù)隨機(jī)節(jié)點(diǎn)，對(duì)第一棵樹以及第二棵樹進(jìn)行新節(jié)點(diǎn)擴(kuò)展，并更新代價(jià)函數(shù)。
21、s35、對(duì)擴(kuò)展的新節(jié)點(diǎn)附近的鄰域節(jié)點(diǎn)進(jìn)行檢查，獲取優(yōu)化后的路徑。
22、s36、判斷第一棵樹和第二棵樹的擴(kuò)展節(jié)點(diǎn)是否相遇；若是，則生成聯(lián)通路徑，執(zhí)行步驟s37；若否，則轉(zhuǎn)去執(zhí)行步驟s32。
23、s37、判斷聯(lián)通路徑的總長度是否小于預(yù)設(shè)的最遠(yuǎn)飛行距離；若是，則記錄聯(lián)通路徑的代價(jià)函數(shù)，并保存聯(lián)通路徑，轉(zhuǎn)去執(zhí)行步驟s32；若否，則轉(zhuǎn)去執(zhí)行步驟s32。
24、s38、判斷是否達(dá)到預(yù)設(shè)時(shí)間間隔；若是，則對(duì)代價(jià)最小的聯(lián)通路徑進(jìn)行平滑處理，輸出路徑規(guī)劃結(jié)果；若否，則轉(zhuǎn)去執(zhí)行步驟s32。
25、可選地，s31中的代價(jià)函數(shù)，如下式（4）所示：
26、（4）
27、式中，表示路徑代價(jià)，表示權(quán)重系數(shù)，表示路徑的轉(zhuǎn)折角，表示權(quán)重系數(shù)，表示路徑長度。
28、可選地，s33中的生成隨機(jī)節(jié)點(diǎn)，包括：
29、在工作空間中生成隨機(jī)節(jié)點(diǎn)，應(yīng)用人工勢(shì)場(chǎng)對(duì)隨機(jī)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行矯正，得到矯正后的隨機(jī)節(jié)點(diǎn)。
30、其中，應(yīng)用人工勢(shì)場(chǎng)對(duì)隨機(jī)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行矯正，如下式（5）所示：
31、（5）
32、式中，表示隨機(jī)節(jié)點(diǎn)所受障礙物的斥力，表示障礙物集合，表示斥力系數(shù)，表示隨機(jī)節(jié)點(diǎn)位置，表示障礙物位置，表示斥力作用的最大范圍。
33、可選地，s34中的根據(jù)隨機(jī)節(jié)點(diǎn)，對(duì)第一棵樹以及第二棵樹進(jìn)行新節(jié)點(diǎn)擴(kuò)展，包括：
34、在第一棵樹和第二棵樹中，分別找到最接近矯正后的隨機(jī)節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)，計(jì)算從節(jié)點(diǎn)向矯正后的隨機(jī)節(jié)點(diǎn)的擴(kuò)展路徑。
35、可選地，s35中的對(duì)擴(kuò)展的新節(jié)點(diǎn)附近的鄰域節(jié)點(diǎn)進(jìn)行檢查，獲取優(yōu)化后的路徑，包括：
36、獲取擴(kuò)展的新節(jié)點(diǎn)附近的鄰域節(jié)點(diǎn)，對(duì)鄰域節(jié)點(diǎn)進(jìn)行重新連接，得到符合最小轉(zhuǎn)彎半徑約束、最遠(yuǎn)飛行距離約束且代價(jià)更低的路徑即優(yōu)化后的路徑。
37、另一方面，提供了一種面向撲翼飛行器模型約束的路徑規(guī)劃裝置，該裝置應(yīng)用于面向撲翼飛行器模型約束的路徑規(guī)劃方法，該裝置包括：
38、獲取模塊，用于獲取待進(jìn)行路徑規(guī)劃的撲翼飛行器的路徑起點(diǎn)以及路徑終點(diǎn)。
39、構(gòu)建模塊，用于構(gòu)建撲翼飛行器機(jī)動(dòng)性能的模型約束，根據(jù)模型約束構(gòu)建撲翼飛行器路徑規(guī)劃模型。
40、輸出模塊，用于根據(jù)路徑起點(diǎn)、路徑終點(diǎn)以及撲翼飛行器路徑規(guī)劃模型，得到路徑規(guī)劃結(jié)果。
41、可選地，撲翼飛行器機(jī)動(dòng)性能的模型約束，包括：最遠(yuǎn)飛行距離約束、最小轉(zhuǎn)彎半徑約束以及最小步長約束。
42、其中，最遠(yuǎn)飛行距離約束，如下式（1）所示：
43、（1）
44、式中，表示路徑長度，表示預(yù)設(shè)的最遠(yuǎn)飛行距離，表示節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)，表示每個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的距離。
45、最小轉(zhuǎn)彎半徑約束，如下式（2）所示：
46、（2）
47、式中，表示任意轉(zhuǎn)彎半徑，表示最小轉(zhuǎn)彎半徑為，表示最小飛行速度，表示傾斜角。
48、最小步長約束，如下式（3）所示：
49、（3）
50、式中，表示任意步長，表示最小步長。
51、可選地，輸出模塊，進(jìn)一步用于：
52、s31、對(duì)路徑起點(diǎn)建立第一棵樹，對(duì)路徑終點(diǎn)建立第二棵樹，并設(shè)置代價(jià)函數(shù)。
53、s32、判斷是否達(dá)到預(yù)設(shè)迭代次數(shù)；若是，則執(zhí)行步驟s38；若否，則執(zhí)行步驟s33。
54、s33、生成隨機(jī)節(jié)點(diǎn)。
55、s34、根據(jù)隨機(jī)節(jié)點(diǎn)，對(duì)第一棵樹以及第二棵樹進(jìn)行新節(jié)點(diǎn)擴(kuò)展，并更新代價(jià)函數(shù)。
56、s35、對(duì)擴(kuò)展的新節(jié)點(diǎn)附近的鄰域節(jié)點(diǎn)進(jìn)行檢查，獲取優(yōu)化后的路徑。
57、s36、判斷第一棵樹和第二棵樹的擴(kuò)展節(jié)點(diǎn)是否相遇；若是，則生成聯(lián)通路徑，執(zhí)行步驟s37；若否，則轉(zhuǎn)去執(zhí)行步驟s32。
58、s37、判斷聯(lián)通路徑的總長度是否小于預(yù)設(shè)的最遠(yuǎn)飛行距離；若是，則記錄聯(lián)通路徑的代價(jià)函數(shù)，并保存聯(lián)通路徑，轉(zhuǎn)去執(zhí)行步驟s32；若否，則轉(zhuǎn)去執(zhí)行步驟s32。
59、s38、判斷是否達(dá)到預(yù)設(shè)時(shí)間間隔；若是，則對(duì)代價(jià)最小的聯(lián)通路徑進(jìn)行本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種面向撲翼飛行器模型約束的路徑規(guī)劃方法，其特征在于，所述方法包括：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的面向撲翼飛行器模型約束的路徑規(guī)劃方法，其特征在于，所述S2中的撲翼飛行器機(jī)動(dòng)性能的模型約束，包括：最遠(yuǎn)飛行距離約束、最小轉(zhuǎn)彎半徑約束以及最小步長約束；
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的面向撲翼飛行器模型約束的路徑規(guī)劃方法，其特征在于，所述S3中的根據(jù)所述路徑起點(diǎn)、路徑終點(diǎn)以及撲翼飛行器路徑規(guī)劃模型，得到路徑規(guī)劃結(jié)果，包括：
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的面向撲翼飛行器模型約束的路徑規(guī)劃方法，其特征在于，所述S31中的代價(jià)函數(shù)，如下式（4）所示：
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的面向撲翼飛行器模型約束的路徑規(guī)劃方法，其特征在于，所述S33中的生成隨機(jī)節(jié)點(diǎn)，包括：
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的面向撲翼飛行器模型約束的路徑規(guī)劃方法，其特征在于，所述S34中的根據(jù)所述隨機(jī)節(jié)點(diǎn)，對(duì)所述第一棵樹以及第二棵樹進(jìn)行新節(jié)點(diǎn)擴(kuò)展，包括：
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的面向撲翼飛行器模型約束的路徑規(guī)劃方法，其特征在于，所述S35中的對(duì)擴(kuò)展的新節(jié)點(diǎn)附近的鄰域節(jié)點(diǎn)進(jìn)行檢
8.一種面向撲翼飛行器模型約束的路徑規(guī)劃裝置，所述面向撲翼飛行器模型約束的路徑規(guī)劃裝置用于實(shí)現(xiàn)如權(quán)利要求1-7任一項(xiàng)所述面向撲翼飛行器模型約束的路徑規(guī)劃方法，其特征在于，所述裝置包括：
9.一種路徑規(guī)劃設(shè)備，其特征在于，所述路徑規(guī)劃設(shè)備包括：
10.一種計(jì)算機(jī)可讀取存儲(chǔ)介質(zhì)，其特征在于，所述計(jì)算機(jī)可讀取存儲(chǔ)介質(zhì)中存儲(chǔ)有程序代碼，所述程序代碼可被處理器調(diào)用執(zhí)行如權(quán)利要求1至7任一項(xiàng)所述的方法。
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種面向撲翼飛行器模型約束的路徑規(guī)劃方法，其特征在于，所述方法包括：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的面向撲翼飛行器模型約束的路徑規(guī)劃方法，其特征在于，所述s2中的撲翼飛行器機(jī)動(dòng)性能的模型約束，包括：最遠(yuǎn)飛行距離約束、最小轉(zhuǎn)彎半徑約束以及最小步長約束；
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的面向撲翼飛行器模型約束的路徑規(guī)劃方法，其特征在于，所述s3中的根據(jù)所述路徑起點(diǎn)、路徑終點(diǎn)以及撲翼飛行器路徑規(guī)劃模型，得到路徑規(guī)劃結(jié)果，包括：
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的面向撲翼飛行器模型約束的路徑規(guī)劃方法，其特征在于，所述s31中的代價(jià)函數(shù)，如下式（4）所示：
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的面向撲翼飛行器模型約束的路徑規(guī)劃方法，其特征在于，所述s33中的生成隨機(jī)節(jié)點(diǎn)，包括：
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：劉志杰，賀威，張廣震，張兆博，魯中齊，張爽，覃京燕，何修宇，付強(qiáng)，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：北京科技大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：
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