【摘 要】
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多旋翼无人机已被发展成为致力于维护公共安全、国家稳定、社区环保的专业通信设备,是人们日常生活中的伙伴。随着使用场合的复杂化,外界对无人机自主飞行的要求不断提高,人们逐渐将目光投到路径规划技术的研究中,以增强无人机的自主飞行技术。无人机路径规划技术的发展,一方面提高无人机飞行的可靠性与安全性,另一方面通过规划合理飞行路线,降低飞行成本,因此,研究无人机路径规划技术将为无人机自主飞行技术带来颇多益处。
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多旋翼无人机已被发展成为致力于维护公共安全、国家稳定、社区环保的专业通信设备,是人们日常生活中的伙伴。随着使用场合的复杂化,外界对无人机自主飞行的要求不断提高,人们逐渐将目光投到路径规划技术的研究中,以增强无人机的自主飞行技术。无人机路径规划技术的发展,一方面提高无人机飞行的可靠性与安全性,另一方面通过规划合理飞行路线,降低飞行成本,因此,研究无人机路径规划技术将为无人机自主飞行技术带来颇多益处。但现有的路径规划技术大多存在计算复杂、环境变更处理能力差等诸多问题。为此,本文针对四旋翼无人机路径规划技术的设计与实现展开讨论,目标在于设计一种四旋翼无人机在复杂动态环境下的路径规划技术。本文主要内容如下:首先,从系统的角度入手,详细描述了四旋翼无人机的组成部分。通过对四旋翼无人机不同运动姿态进行动力学分析,了解其飞行原理,并基于统一机器人描述格式在ROS（Robot Operating System）平台构建四旋翼无人机模型。同时,针对同时定位与地图构建技术在ROS中的实现,结合了RGB-D摄像头与ORB-SLAM2算法的使用,最终给出整体实验研究方案的设计。接着,在全局地图信息已知的前提下,提出一种融合A*算法与人工势场法的全局路径规划方法。在传统A*算法的基础上,对节点扩展策略进行了改进,引入人工势场法构建动态权值启发式函数,最后对规划所得的路径进行拐角优化与平滑处理。MATLAB仿真结果表明,所提方法能够快速生成全局最优路径。再者,在已知全局信息及其飞行路线的情况下,利用动态窗口算法对突发障碍物进行局部路径规划,提出障碍物区域膨胀处理的改进及其碰撞检测方案,扩大无人机预警范围,提前做出避障行为。最后,结合改进后的路径规划算法,在ROS平台下使用四旋翼无人机模型完成模拟实验。经过实验证明,改进后的路径规划方法可对目标航点做出最佳路径规划,面对突发障碍,及时做出避障动作。基于以上仿真结果,本文在结尾进行了真机实验,利用地面站观察无人机飞行情况,同样取得良好成果。
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