一种柔性绳系约束多机器人的轨迹生成方法与流程

技术特征：
1.一种柔性绳系约束多机器人的轨迹生成方法，其特征在于步骤如下：步骤1：生成整体队形初始路径1.1)获取地图信息：通过计算机视觉获取实际环境的图像信息，然后生成一个esdf全局栅格地图，所述的esdf全局栅格地图可以提供每一个栅格到最近的障碍物的距离以及远离障碍物的梯度值；1.2)定义rrt*路径搜索算法参数：将整个阵型视为一个以载荷位置为球心，以绳索长度为半径的球体；对于每一个飞行器，分别在竖直方向和水平方向上定义一个偏转角；每一个飞行器的位置都可以通过载荷位置以及两个偏转角求出；这种球体的优化参数只需要包括载荷的绝对位置和飞行器相对于载荷的角度值即可求解出所有飞行器的绝对位置；从而设定一个3 2n维的向量作为rrt*的随机扩展向量，3 2n维即载荷三维位置以及n个飞行器的两个偏转角；1.3)生成初始飞行轨迹：设定好起点和终止点，进行路径搜索，得到一组离散的向量，作为初始轨迹；步骤2：求解轨迹优化初始解参数2.1)对相邻的两个向量间的每个维度分别进行插值，在每个维度上得到一组近似连续的值；2.2)对每个维度的连续数据进行反解，求得对应的b样条曲线控制点参数作为优化的初始参数；步骤3：优化出满足约束条件的飞行轨迹3.1)选择所有的b样条曲线控制点作为优化变量，输入步骤2中得到的b样条曲线控制点参数作为初始解；3.2)将飞行器的轨迹优化定义为一个非线性优化问题，优化问题代价包括轨迹平滑度代价、终点约束、动力学可行性约束、飞行器间防碰撞约束、飞行器阵型避障约束以及推力约束；3.3)对步骤3.2)的优化问题进行非线性优化即可解出优化向量中每个维度的b样条曲线的最优控制点值，从而得到每个维度的多项式表达式，实时解出整个飞行器编队的飞行路径。2.根据权利要求1所述的一种柔性绳系约束多机器人的轨迹生成方法，其特征在于步骤1.2中的n为2。3.根据权利要求2所述的一种柔性绳系约束多机器人的轨迹生成方法，其特征在于步骤3.2)优化问题代价可表示为下式：f
total
＝λ1f
s
λ2f
i
λ3f
c
λ4f
e
(λ5f
v
λ6f
a
λ7f
w
λ8f
wa
) λ9f
ff
其中q为9维向量，a
max
为最大加速度，v
max
为最大速度，w
max
为最大角速度，wa
max
为最大角加速度，d
min
为飞行器间最小距离，d
max
为飞行器间最大距离，obs
min
为避障允许最小距离，q
end
为飞行终点q
end
，d
near
为从esdf地图中可以获得每个点到距离最近的障碍物的距离，λ1、λ2、λ3、λ4、λ5、λ6、λ7、λ8、λ9为各个代价的权值。

技术总结
本发明涉及一种柔性绳系约束多机器人的轨迹生成方法，属于机器人轨迹规划研究领域。将整个飞行器协同搬运系统看做一个球体，以绳索长度为半径；对于每一个飞行器，设定RRT*的随机扩展向量，设定好起点和终止点，进行路径搜索，得到一组离散的向量，作为初始轨迹；对每个维度的连续数据进行反解，求得对应的B样条曲线控制点参数作为优化的初始参数；选择所有的B样条曲线控制点作为优化变量，将飞行器的轨迹优化定义为一个非线性优化问题，对该优化问题进行非线性优化即可解出优化向量中每个维度的B样条曲线的最优控制点值，从而得到每个维度的多项式表达式，实时解出整个飞行器编队的飞行路径。队的飞行路径。队的飞行路径。


技术研发人员：黄攀峰 裴崇旭 张帆 沈刚辉
受保护的技术使用者：西北工业大学
技术研发日：2021.07.02
技术公布日：2021/10/7