[发明专利]一种无人机最小时间平滑轨迹生成方法

说明书

本发明公开了一种无人机最小时间平滑轨迹生成方法，包括：将无人直升机的轨迹定义为在n‑1个时间区间内分段光滑的m阶多项式；对分段边界和相应时间处给出数量和端点约束，并给出初始终止条件；根据所述n‑1个时间区间内分段光滑的m阶多项式、所述数量和端点约束、以及所述初始终止条件求解最小时间优化问题，以得到最小时间约束的飞行轨迹；对所述飞行轨迹加入姿态约束以完成相应动作。本发明具有如下优点：提升无人机的飞行轨迹平滑度和时间效率。

技术领域

本发明涉及无人直升机应用技术领域，特别涉及一种无人机最小时间平滑轨迹生成方法。

背景技术

近年来微型无人机研究一直在迅速发展。在近期发展起来的多种无人机中，具有悬停能力并能垂直起降的旋翼式无人机受到了重点关注。而无人机轨迹规划问题一直广受关注，为了完成某个特定的目标，可以预告为无人机生成特定轨迹，使其脱离人工控制而自主飞行。

但多点规划生成的许多轨迹可能不平滑且不是时间最优的，对无人机的飞行效率有着根本的限制。

发明内容

本发明旨在至少解决上述技术问题之一。

为此，本发明的目的在于提出一种无人机最小时间平滑轨迹生成方法，提升无人机的飞行轨迹平滑度和时间效率。

为了实现上述目的，本发明的实施例公开了一种无人机最小时间平滑轨迹生成方法，包括以下步骤：S1：将无人直升机的轨迹定义为在n-1个时间区间内分段光滑的m阶多项式；S2：对分段边界和相应时间处给出数量和端点约束，并给出初始终止条件；S3：根据所述n-1个时间区间内分段光滑的m阶多项式、所述数量和端点约束、以及所述初始终止条件求解最小时间优化问题，以得到最小时间约束的飞行轨迹；S4：对所述飞行轨迹加入姿态约束以完成相应动作。

进一步地，所述n-1个时间区间内分段光滑的m阶多项式为：

其中α_i，n为第n个时间间隔的多项式第i项系数。

进一步地，所述初始条件、所述终止条件和各个节点的时间及端点约束的条件包括节点位置的任意前四阶导数。

进一步地，时间节点t＝[t₁ t₂ … t_n-1]内通过n个航点的优化问题表达如下：

subject to f_min≤fi≤f_max i＝1，…，4

t_j＞0 j＝1，2，…，n-1

其中，轨迹开始于t₀＝0处的第一个航点，决策变量t是无人机分别通过n-1个剩余航点的时间。

进一步地，在某个节点可以加入特定的姿态约束如下

给出惯性坐标下的期望姿态q_des，并算出相应惯性坐标系下的期望加速度将计算出的期望加速度整合并入多项式轨迹的节点约束。

根据本发明实施例的无人机最小时间平滑轨迹生成方法，可以在驱动器饱和约束之内通过任意数目航点生成空间内时间最优轨迹，且允许特技飞行动作的姿态特定约束嵌入到指定标准路径之中，对无人机的飞行轨迹平滑度和时间效率有显著的提升。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：