基于改进人工势场的无人机预设航线避障研究

为了实现基于预设航线的无人机三维避障,提高无人机(UAV)的自主能力,提出一种改进型人工势场算法。传统的人工势场法避障只着眼于无人机的安全到达,且可能会陷入局部最小点。当避障基于预设航线时,传统人工势场无法在避障的同时尽量跟踪预设航线,对传统人工势场引力场进行改进,使引力指向目标航线,并针对预设航线为曲线时引入前馈和速度控制,消除跟踪误差;为解决引力场改进后人工势场法存在局部最小点问题,对斥力场进行改进,使其垂直于航线方向,消除局部最小点。将改进后的算法运用到近地表自主搜索无人机的三维避障中,将三维避障分解为XY和XZ 2个平面上的避障,在Adams上构建避障场景进行仿真,仿真结果显示该算法能够实现基于预设航线的无人机三维避障,且避障过程平稳。     

浅析无人机自动避障系统

<正>随着无人机技术的发展,无人机广泛应用于军事和民用的各个领域,自主飞行控制及避障能力是保障无人机安全飞行的前提条件,因此自动避障成了无人机自动化或智能化的关键所在。所谓无人机"自动避障"系统(Obstacle Avoidance),就是无人机飞行器在自动飞行的过程中遇到障碍物时,通过在线测量的方式自动识别、有效规避障碍物,达到安全飞行的系统。目前主要的无人机自动避障系统包括超声波、TOF、视觉图像复合型技术三种。     

满足不同任务需求的服务机器人系统设计

随着机器人技术的发展,服务机器人已经进入人们的生产生活。根据需求的不同,服务机器人的功能有搬运、引导和巡检等,而一些重要的场合需要机器人执行多种任务。本文设计了一种满足不同任务需求的服务机器人,利用多传感器融合的即时定位与地图构建(SLAM)方法实现机器人自主定位和巡逻;利用神经网络与点云聚类算法相结合识别和定位物品,并控制机械臂抓取;将改进的局部路径规划方法与全向轮底盘相结合实现机器人自主避障。本文模拟医院场景搭建了测试环境,机器人能够完成自主巡逻、自主避障、接收语音指令、到指定地点取药并送至指定病房,验证了系统的可行性。     

无人机任务规划算法的比较研究

无人机任务规划技术是无人机遂行飞行任务的关键支撑技术,航迹规划是无人机任务规划的核心和主体。算法是无人机任务规划的数学工具,本文采用比较研究的方式系统研究了算法在无人机任务规划中的作用、规划算法的分类及不同适用范围,重点比较研究了人工神经网络法、人工势场法、蚁群算法、遗传算法的原理和研究情况。     

基于动态运动基元的微小型四旋翼无人机路径规划

针对微小型四旋翼无人机的路径规划问题,引入运动学习框架,提出了一种基于动态运动基元的路径规划方法。该方法通过对给定运动样本的学习提取出运动基元,并将学习结果推广到新的飞行目标,从而泛化出相应的运动轨迹。有障碍物的情况下,在已有学习基础上通过设计耦合因子规划出避障路径,然后将规划的轨迹点集提供给微小型四旋翼无人机完成路径跟踪飞行任务。该路径规划方法的可行性通过微小型四旋翼无人机不同目标点的飞行任务仿真得到了验证。仿真实验还验证了该方法在三维空间进行有效避障的性能。     

浅析输电线路不停电架线技术方法

随着电力建设的发展,不断出现需要交叉跨越带电电力线的情况。采用停电架线的施工方法会给工农业生产和人民生活带来经济损失和不便,所以有采用不停电跨越施工必要。本文探讨了不停电架线的主要形式、关键环节及相关要求。     

基于插补导航的全自主旋翼机设计与控制

为了解决传统旋翼无人机因手动遥操作而导致飞行不稳定的问题,研究了基于插补导航的全自主旋翼机的设计与控制方法。首先,根据导航系统和地面站,获得当前无人机与目标点之间的位置姿态关系;然后基于插补控制算法,利用机载控制器输出相应的能够控制无人机稳定飞行的脉冲宽度信号,实现脱离手动遥操作的四旋翼无人机全自主飞行控制。最后,通过全自主插补导航飞行仿真与实验,验证了该全自主无人机设计的可行性。结果表明,该全自主控制架构能够有效地模拟遥操作信号,实现无人机的全自主飞行控制,且具有更高的稳定性。     

基于改进人工势场方法的多无人机编队避障算法

针对无人机(UAV)机群在编队飞行过程中可能受机群其他无人机或鸟类等障碍物的影响,基于传统人工势场(APF)的编队避障算法易陷入局部优化解,进而导致无人机机群避障失败的问题,提出了一种基于改进三维人工势场(3D-APF)的编队避障算法。通过在势场函数中引入一致性理论的通信拓扑和权重等概念,实现无人机机群在分布式结构下的快速编队。然后将z轴势场引入二维势场,并引入与障碍物移动方向垂直的辅助势场以消除算法陷入局部最优化解的缺陷。最后,通过M atlab仿真实验验证了本文算法的有效性。     

当前基于架线弛度进行计算以及调整的思路研究

在电力网络的建设过程中,架空线是其输电线路中一种非常常见的施工形式,但是在其施工的过程中,要能够保证较好的工作质量,对其架线驰度进行有效的计算是非常必要,在传统的计算方法中,应用手工的计算方法对其架线驰度进行计算与调整,计算量加大,存在较大的计算误差,而将Excel自动计算方法应用于架线驰度的计算中,具有较高的计算效率,本文就主要介绍了其计算流程、实现方案及计算方法。     

110kV电力线路工程施工技术的实践探索

本文分析了110k V电力线路现场勘测施工、杆塔工程施工、线路架线施工以及施工安全技术等110k V电力线路工相关施工技术,以期为110k V电力线路工程施工提供一些参考,提升施工质量,确保施工安全,保障110k V电力线路的安全、稳定运行。     

基于危险斥力场的自动驾驶汽车主动避撞局部路径规划

针对平直道路上碰撞交通事故的多发性和复杂性,借鉴人工势场理论思想,提出了一种基于危险斥力场的自动驾驶汽车主动避撞局部路径规划算法.该算法建立了算盘式道路和危险斥力场模型,根据算珠受到来自道路边界斥力、障碍物边界斥力和线性拉伸弹簧拉力共同作用达到的受力平衡状态,得到一个非线性方程组,用牛顿迭代法求解出一条能安全避开障碍物且符合汽车动力学性能要求的避障路径.仿真结果表明,该算法有效可行,且具有运算量小、实时性好、安全可靠的特点.     

基于引力势场的包装机器人自动避障控制方法

目的 为解决自动化包装机器人机械手受到障碍物影响导致避障效果较低的问题,提出自动化包装机器人机械手自主避障方法.方法 建立自动化包装机器人行走轨迹运动模型,计算其线速度和角速度,完成自动化包装机器人的运动学分析;利用相邻2个自动化包装机器人之间的引力势场,计算自动化包装机器人所受的合力;设置自动化包装机器人机械手自主避障的状态方程,设计自主避障算法;结合自主避障流程,实现自动化包装机器人机械手的自主避障.结果 在U型障碍物路段和H型障碍物路段中设计了对比实验,实验结果表明,提出的自主避障方法无论在哪种类型路段,自动化机器人的工作效率都在75％以上,具有较好的避障效果.结论 适用于自动化包装机器人的机械手避障,为自动化包装机器人的研究提供参考.     

Obstacle detection and avoidance with noisy measurements using danger zone concepts

Potential collision danger increases if a vehicle gradually moves closer to other vehicles or obstacles. If the collision time can be predicted before the vehicle is dangerously close to other vehicles or obstacles, the vehicle can devise an effective evasive maneuver or reroute its path, thus avoiding collision. This paper proposes an obstacle avoidance algorithm for unmanned vehicles in an unknown environment. The proposed avoidance algorithm uses the danger zone concept to determine whether the obstacle or surrounding vehicle will cause a possible collision. The danger zone is constructed around the vehicle by using semi-algebraic functions. The possible collision can be predicted by checking the sign of these semi-algebraic functions. The semi-algebraic functions for constructing the danger zone apply the relative velocities between the vehicle, and other vehicles or obstacles and can be used for both two- and three-dimensional cases. Several avoidance schemes are provided, with examples to demonstrate the concept of the proposed approach.     

Frenet坐标框架下的自适应避障算法

目的 解决包装车间无人运输车辆在沿全局路径行驶过程中,难以同时保证跟随轨迹平滑及规避障碍物的问题。方法 构建Frenet坐标框架,描述车辆位姿与全局路径的相对关系,利用五次多项式生成多条待选局部路径;采用障碍物势场法模糊处理包装车间障碍的外形轮廓,并设置膨胀区间;结合待选路径采样点经过障碍物膨胀区间得到的碰撞值,以及采样点与全局规划路径的偏差值,综合评估路径的避障能力,筛选出最优的避障路径。结果 该算法能根据障碍物的大小,动态解算出与全局路径偏移量小且运动连贯的局部避障路径。结论 所提算法使得车辆完成运输任务时的效果更好,且效率更高。     

基于改进蚁群算法的高精度水声定位航路规划

精确的水声定位是进行海洋资源勘探、海底管道敷设、海洋地形测绘等海洋开发活动的前提。其中一类典型的定位目标是可发射周期声信号的固定信标。文章利用单个自主式水下航行器(Autonomous Underwater Vehicle,AUV)对该类目标进行定位,其中一个关键问题是 AUV 的航路规划。传统的航路规划方法通常研究避障和路径长度最优化,未考虑定位问题的特殊性,而最终的定位精度是与航路息息相关的。因此,传统的航路规划方法容易导致所规划航路的定位精度较差。针对这一问题,文章在传统蚁群算法的基础上,首先引入 Bresenham 画圆算法规划圆形航路,保持定位目标处于 AUV 舷侧声呐视野范围内,避免信号缺失;同时在信息素设计中加入了定位精度因子,使得所规划的航路能充分考虑到定位精度。仿真实验表明,文中所提出的方法可以在传统航路规划避障能力、路径长度优化能力的基础上兼顾定位任务,提高针对声信标类目标的定位精度及定位鲁棒性。     

考虑冲突避免的多AGV路径规划研究

目的 提高物流企业“货到人”拣选系统在实际生产中的工作效率，避免自动导引小车(AGV)间的冲突死锁，研究大规模多AGV的无冲突路径规划和协同避障问题。方法 首先考虑AGV空载、负载情况和路径扩展成本，改进A^*算法，动态调整代价函数，优化路径扩展方式。其次，提出冲突检测及避免算法，对可能产生局部冲突的路径交叉点进行避障调度，通过预约锁格，实现局部冲突的检测，制定优先级避障策略，解决AGV动态行驶路径上产生的局部冲突和死锁，进而实现全局无冲突路径规划。结果 对多组不同任务量和不同AGV规模的场景进行仿真，实验结果表明，考虑冲突避免的改进A^*算法能有效实现100个任务、90个货架单位和7个拣选站场景下的多AGV动态路径规划，相较于传统A^*算法，其平均拣选时长缩短了52.61%。结论 该方法可实现大规模场景下的多AGV动态路径规划，在付出较小转弯代价的同时有效避免局部动态冲突，该方法可为相关企业实现多AGV协同调度提供新的思路和理论依据。     

Obstacle avoidance in social groups: new insights from asynchronous models

For moving animals, the successful avoidance of hazardous obstacles is an important capability. Despite this, few models of collective motion have addressed the relationship between behavioural and social features and obstacle avoidance. We develop an asynchronous individual-based model for social movement which allows social structure within groups to be included. We assess the dynamics of group navigation and resulting collision risk in the context of information transfer through the system. In agreement with previous work, we find that group size has a nonlinear effect on collision risk. We implement examples of possible network structures to explore the impact social preferences have on collision risk. We show that any social heterogeneity induces greater obstacle avoidance with further improvements corresponding to groups containing fewer influential individuals. The model provides a platform for both further theoretical investigation and practical application. In particular, we argue that the role of social structures within bird flocks may have an important role to play in assessing the risk of collisions with wind turbines, but that new methods of data analysis are needed to identify these social structures.     

Autonomous target tracking and following mobile robot

Tracking and following a moving target in real time is a very challenging task in autonomous mobile robot applications, due to the unstructured and unknown environment. In this article, a real time, autonomous, dynamic, whole-field target tracking system (360° coverage) is developed based on a pan/tilt/zoom CCD vision system. The vision system scans and locks the pose of the moving target and commands the tracking mobile robot to follow the target while avoiding obstacles. Bayes’ theorem-based foreground–background segmentation algorithm is applied for motion detection. The color-based particle filter algorithm is used to track the moving object. The system steers the tracking mobile robot toward the moving target based on the angular difference obtained from the tracking module. Fuzzy logic is applied and a sensor data fusion algorithm is developed to reduce the ultrasonic phantom effect of obstacle detection using eight ultrasonic sensors. Multiple behaviors are integrated through the proposed system. Experimental results show the proposed system can successfully track and follow a moving target and avoid obstacles in real time. The tracking accuracy is higher than 80%.     

基于动态运动基元的移动机器人路径规划

针对二维环境下移动机器人路径规划问题,提出一种基于动态运动基元(DMPs)的路径规划方法。该方法首先用手柄来控制机器人,记录机器人的运动轨迹,然后将记录的轨迹作为DMPs算法的学习样本,利用轨迹样本进行训练获得DMPs算法的模型参!,从而实现机器人的路径规划。当运动环境中有障碍物时,在已有学习基础上通过设计耦合因子规划出避障路径,在此基础上,改变机器人运动的目标位置,可以完成对新目标的泛化推广。仿真和实验结果表明,DMPs算法在移动机器人路径规划上具有可行性。