恭喜南京航空航天大学徐文韬获国家专利权
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龙图腾网恭喜南京航空航天大学申请的专利用于无人直升机的轨迹规划方法获国家发明授权专利权,本发明授权专利权由国家知识产权局授予,授权公告号为:CN115525063B 。
龙图腾网通过国家知识产权局官网在2025-05-27发布的发明授权授权公告中获悉:该发明授权的专利申请号/专利号为:202210966427.1,技术领域涉及:G05D1/46;该发明授权用于无人直升机的轨迹规划方法是由徐文韬;陈仁良设计研发完成,并于2022-08-12向国家知识产权局提交的专利申请。
本用于无人直升机的轨迹规划方法在说明书摘要公布了:本发明提供了一种用于无人直升机的轨迹规划方法,包括全局规划和局部规划;全局规划中,采用基于采样的路径规划算法RRT*算法,获得一条光滑的、无碰撞的初始最小化Snap轨迹,将这条轨迹作为后续局部规划的默认路径;局部规划中,将全局规划的结果作为实际飞行的默认路径,从全局规划的结果中取出一段作为飞行的初始路径并采用多项式曲线对初始路径进行拟合,将轨迹规划问题转换成二次规划问题,最后将多项式系数和分段时间解耦,通过求解分段时间,得到实时轨迹。本发明可以实现对未知环境的实时轨迹规划,保证飞行过程中自主避开障碍物,生成一条动力学可行的实时轨迹。
本发明授权用于无人直升机的轨迹规划方法在权利要求书中公布了:1.一种用于无人直升机的轨迹规划方法,其特征在于:包括全局规划和局部规划;全局规划中,采用基于采样的路径规划算法RRT*算法,根据先验环境信息和用户发布的任务点,补充中间航迹点,从而形成一条没有障碍的路径,再利用微分平坦理论对该路径进行平滑处理,获得一条光滑的、无碰撞的初始最小化Snap轨迹,将这条轨迹作为后续局部规划的默认路径;局部规划中,将全局规划的结果作为实际飞行的默认路径,从全局规划的结果中取出一段作为飞行的初始路径并采用多项式曲线对初始路径进行拟合;通过计算障碍物罚函数、曲率罚函数以及偏差罚函数来实现对障碍物的避障功能,得到一条可行路径,从中选取若干航迹点,将航迹点作为轨迹规划的约束,采用分段多项式表示轨迹,运用微分平坦理论,将轨迹规划问题转换成二次规划问题,最后将多项式系数和分段时间解耦,通过求解分段时间,得到实时轨迹;所述全局规划具体步骤如下:首先采用RRT*算法搜索得到一条无碰撞的可行路径;然后基于3个假设:1飞行过程,机体在水平面内的加速度比较小;2直升机当前的姿态角θ、φ与配平时的姿态角的差值很小;3飞行过程中,地轴系下的垂向加速度远远小于重力加速度,即建立简化的直升机飞行动力学方程,并证明该飞行动力学方程的微分平坦性,即: 式中:θ表示机体的俯仰角,φ表示机体的滚转角,和表示配平时的俯仰角和姿态角,和表示俯仰角速率和角加速率,和表示滚转角加速率,和表示偏航角速率和角加速率,a⊥、j⊥、s⊥、是中间计算参数,其定义如下: 式中:X、Y、Z分别表示地轴系下的机体坐标;上标3、4表示坐标对时间的3、4次导数;设轨迹为pi,采用轨迹的四次导的平方随时间的函数作为全局规划的目标函数: 采用非线性规划求解器,求得轨迹pi,最后从规划出来的轨迹中取出路径信息,作为全局规划的结果;所述局部规划具体过程如下:首先将全局规划的结果作为实际飞行的默认路径,从全局规划的结果中取出一段作为飞行的初始路径并采用多项式曲线对初始路径进行拟合;其次,通过计算障碍物罚函数、曲率罚函数以及偏差罚函数来实现对障碍物的避障功能,得到一条可行路径,从中选取若干航迹点;之后,将上述航迹点作为轨迹规划的约束,采用分段多项式表示轨迹,运用微分平坦理论,将轨迹规划问题转换成二次规划问题;最后将多项式系数和分段时间解耦,通过求解分段时间,得到实时轨迹。
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