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1、搖搖第31卷搖第5期計(jì)搖算搖機(jī)搖仿?lián)u真2014年5月?lián)u搖文章編號(hào):1006-9348(2014)05-0084-05基于四旋翼飛行器的飛行航跡規(guī)劃方法研究王搖凱,張搖維,周德新(中國民航大學(xué)航空自動(dòng)化學(xué)院,天津300300)摘要:由于飛行器的實(shí)際飛行環(huán)境復(fù)雜多變,且飛行過程受到諸多因素的限制,因此規(guī)劃環(huán)境的正確建立和規(guī)劃算法的恰當(dāng)選擇成為航跡規(guī)劃的關(guān)鍵問題。以小型四旋翼飛行器為研究對(duì)象,針對(duì)室內(nèi)飛行環(huán)境,對(duì)航跡規(guī)劃進(jìn)行了研究。針對(duì)室內(nèi)飛行環(huán)境,進(jìn)行了三維建模,設(shè)計(jì)出了仿真平臺(tái)?？紤]到航跡規(guī)劃問題對(duì)算法計(jì)算速度的要求,采用快速擴(kuò)展隨機(jī)樹(RRT)算
2、法進(jìn)行航跡規(guī)劃,并針對(duì)算法存在的不足,進(jìn)行了改進(jìn)。在Matlab環(huán)境中,通過平臺(tái)的實(shí)際運(yùn)行,進(jìn)行仿真,并對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行比較分析,得出結(jié)論,證明了改進(jìn)的RRT算法確實(shí)有效,大大提高了運(yùn)行效率,為飛行器航跡規(guī)劃提供了依據(jù)。關(guān)鍵詞:四旋翼飛行器;航跡規(guī)劃;快速擴(kuò)展隨機(jī)樹算法;三維建模中圖分類號(hào):V271.4;TP391.9搖搖文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:BResearchonFlightPathPlanningAlgorithmsBasedonFour-rotorWANGKai,ZHANGWei,ZHOUDe-xin(AeronauticalAutomationCol
3、lege,CivilAviationUniversityofChina,Tianjin300300,China)ABSTRACT:Astheactualaircraftenvironmentofaircraftiscomplex,andtheflightisrestrictedbymanyfactors,sobuildingproperlyplanningenvironmentandchoosingappropriatelyplanningalgorithmsisthekeyissue.Inthispa鄄per,asmallfour-rotora
4、ircraftwasstudiedforindoorflightenvironment,anditspathplanningwasstudied.A3-Dmodelwasdesignedforindoorflightenvironments,andasimulationplatformwasdesigned.Takingintoaccounttheplanning'srequirementsofthecomputingspeedofthealgorithm,RRTwasusedtoplanthepath,andaimingattheshortag
5、e,thealgorithmwasimproved.ThroughtheactualoperationoftheplatformandsimulationexperimentswithMatlab,thesimulationresultswerecomparedtoprovethattheimprovedRRTalgorithmisreallyeffectiveandcanim鄄provetheoperatingefficiencygreatly.KEYWORDS:Four-rotor;Routeplanning;Rapidly-explorin
6、grandomtree(RRT);3Dmodeling1搖引言2搖小型四旋翼飛行器自主飛行系統(tǒng)簡介隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)的進(jìn)步和數(shù)字地圖的普及,要使小型四旋翼飛行器實(shí)現(xiàn)自主飛行,飛行器需要具備加之無人飛行器的廣泛應(yīng)用對(duì)航跡規(guī)劃要求的不斷提高,各一套完整的自主飛行系統(tǒng)。自主飛行系統(tǒng)的組成如圖1。國開始進(jìn)行自動(dòng)航跡規(guī)劃技術(shù)的研究。由此可見,航跡規(guī)劃是實(shí)現(xiàn)飛行器自主飛行的關(guān)鍵技術(shù)。美國在這方面取得了矚目的成績。而輕巧簡單、可控性強(qiáng)的小型四旋翼飛行器成為了航跡規(guī)劃和控制設(shè)計(jì)等研究領(lǐng)域的理想研究對(duì)象。由于室內(nèi)環(huán)境障礙物較為密集,環(huán)境復(fù)雜且多變,能夠提供的
7、飛行空間有限,因此,需要飛行器在實(shí)際飛行的過程中能及時(shí)有效地躲避空間中的各種障礙物,確保安全地到達(dá)終點(diǎn),[1]這對(duì)規(guī)劃算法的實(shí)時(shí)性要求較高。圖1搖小型四旋翼飛行器自主飛行系統(tǒng)圖基金項(xiàng)目:國家自然科學(xué)基金(61179044);國家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)圖1描述了小型四旋翼飛行器自主飛行系統(tǒng)的組成及劃(973計(jì)劃)項(xiàng)目(2014CB744904);中國民航大學(xué)校級(jí)重各組成模塊之間的相互關(guān)系。要實(shí)現(xiàn)飛行器的自主飛行,每點(diǎn)科研項(xiàng)目(CAUC2009ZD0102)收稿日期:2014-02-20個(gè)模塊都起著至關(guān)重要的作用,只有各個(gè)模塊彼此合作才能—84—保證飛行
8、器從起點(diǎn)在限定的時(shí)間內(nèi)安全地飛到要求達(dá)到的目標(biāo)位置,并完成指定的飛行任務(wù)。其中航跡規(guī)劃模塊的地位極其重要。而航跡規(guī)劃算法又是研究航跡規(guī)劃
