魯棒性和有效性的運(yùn)動(dòng)規(guī)劃算法是四旋翼飛行器在復(fù)雜環(huán)境下實(shí)現(xiàn)自主飛行的關(guān)鍵。環(huán)境表征作為感知模塊與規(guī)劃模塊之間的橋梁，對(duì)生成軌跡的質(zhì)量有著巨大的影響。人們提出了各種算法來(lái)構(gòu)建導(dǎo)航地圖，每種算法對(duì)應(yīng)不同的規(guī)劃方法。

為了提高四旋翼飛行器的自主導(dǎo)航能力，哈爾濱工業(yè)大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)提出了一個(gè)新的映射規(guī)劃框架（如圖1所示）來(lái)導(dǎo)航在線四旋翼飛行器的飛行。在映射模塊中，使用多面體來(lái)表示觀察到的障礙物，從占用網(wǎng)格圖中提取環(huán)境信息，以便為運(yùn)動(dòng)規(guī)劃提供各種信息。規(guī)劃模塊中，通過(guò)構(gòu)建局部拓?fù)鋱D來(lái)有效地覆蓋潛在搜索區(qū)域，利用該圖指導(dǎo)基于分割運(yùn)動(dòng)原語(yǔ)的路徑搜索，并采用基于多項(xiàng)式的優(yōu)化方法得到安全、平滑的軌跡。

新的映射規(guī)劃框架概述

這種新的映射規(guī)劃框架，能在線構(gòu)建多面體環(huán)境，提供全面的障礙物信息，并利用設(shè)計(jì)的拓?fù)湟?guī)劃器，采用分段搜索加速策略，有效生成與障礙物有足夠間隙的安全、平滑的軌跡。

大量的仿真和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了這個(gè)新的映射規(guī)劃框架的有效性。其中在實(shí)際飛行實(shí)驗(yàn)中，NOKOV度量動(dòng)作捕捉設(shè)備為四旋翼飛行器提供了高精度的室內(nèi)定位信息。

四旋翼飛行器飛行實(shí)驗(yàn)

格柵圖和感應(yīng)范圍內(nèi)的多面體環(huán)境

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，這種新的映射規(guī)劃框架在計(jì)算效率和軌跡質(zhì)量方面均優(yōu)于所選基準(zhǔn)。通過(guò)實(shí)際飛行驗(yàn)證了該框架的魯棒性和有效性。

參考文獻(xiàn)

Junjie Gao, Fenghua He, Wei Zhang, and Yu Yao. (2023). Obstacle-Aware Topological Planning over Polyhedral Representation for Quadrotors. In International Conference on Robotics and Automation (ICRA).