對(duì)于無(wú)人機(jī)集群飛行除了它的控制方式，軌跡規(guī)劃、避障等方面的考慮之外，還要考慮無(wú)人機(jī)集群機(jī)間的避撞問(wèn)題，使得編隊(duì)既能保持隊(duì)形又能實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定飛行，那么要避免無(wú)人機(jī)與無(wú)人機(jī)之間的碰撞，要通過(guò)什么樣的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)呢？動(dòng)動(dòng)腦袋，小小思考一下哦！

下面來(lái)看看我們針對(duì)解決無(wú)人機(jī)機(jī)間避撞問(wèn)題所使用的方法吧！ 在本次仿真中，我們采用了人工勢(shì)場(chǎng)法來(lái)實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)與無(wú)人機(jī)之間的碰撞。下面將對(duì)人工勢(shì)場(chǎng)法做一個(gè)簡(jiǎn)單介紹。

人工勢(shì)場(chǎng)法簡(jiǎn)稱(chēng)APF是Artifical Potential Field的首字母縮寫(xiě)，它的基本思想是，將機(jī)器人所在周?chē)h(huán)境中的運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)成抽象的人造引力場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)。在APF中，所有的障礙物都被視為有最高勢(shì)能的地方。假設(shè)機(jī)器人從山頂前往山下的目標(biāo)點(diǎn)，借助高度的勢(shì)差，避開(kāi)障礙物，到達(dá)目標(biāo)點(diǎn)。人工勢(shì)場(chǎng)包括引力場(chǎng)和斥力場(chǎng)：其中 目標(biāo)點(diǎn)產(chǎn)生引力場(chǎng)，對(duì)機(jī)器人產(chǎn)生引力，引導(dǎo)機(jī)器人朝向其運(yùn)動(dòng) 障礙物產(chǎn)生斥力場(chǎng)，對(duì)機(jī)器人產(chǎn)生斥力，致使機(jī)器人向反方向運(yùn)動(dòng)，避免機(jī)器人與之發(fā)生碰撞 物體在路徑上每一點(diǎn)所受的合力等于這一點(diǎn)所有斥力與引力的和。 詳細(xì)圖解如圖 1所示 人工勢(shì)能場(chǎng)的創(chuàng)建在多數(shù)情況下使用庫(kù)倫定理，就是機(jī)器人和它周?chē)矬w的勢(shì)能大小與他們之間的距離的平方成反比。機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)由2個(gè)力的合力決定，目標(biāo)點(diǎn)構(gòu)成吸引力，障礙物構(gòu)成排斥力，兩者力的矢量合就是推動(dòng)力。 如果把每架無(wú)人機(jī)都當(dāng)做一個(gè)智能體，那么多智能體的避障或路徑規(guī)劃又是怎么實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)的呢？ 首先，各智能體安裝的傳感器的讀數(shù)被轉(zhuǎn)化成障礙物的距離以及角度，然后代入斥力場(chǎng)計(jì)算公式，獲得斥力。再根據(jù)智能體所處位置計(jì)算引力及其角度。將所有力的矢量合相加，獲得最終的驅(qū)動(dòng)力矢量。這個(gè)驅(qū)動(dòng)力矢量將轉(zhuǎn)化成機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。合力的垂直分量將轉(zhuǎn)換成機(jī)器人的直線(xiàn)行進(jìn)速度，水平分量將轉(zhuǎn)換成機(jī)器人的旋轉(zhuǎn)速度。這個(gè)轉(zhuǎn)化過(guò)程則需要根據(jù)智能體的動(dòng)力學(xué)方程進(jìn)行。如圖 2 所示，產(chǎn)生的F合驅(qū)動(dòng)物體運(yùn)動(dòng)。 以上就是我們所談及的人工勢(shì)場(chǎng)法基本實(shí)現(xiàn)，那么在多無(wú)人機(jī)飛行過(guò)程中，要實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)機(jī)間避撞，則主要是應(yīng)用斥力場(chǎng)，每一架無(wú)人機(jī)都會(huì)形成自己的斥力場(chǎng)，當(dāng)在一定距離范圍R內(nèi)，若無(wú)人機(jī)間的距離r小于給定值R 則無(wú)人機(jī)就會(huì)產(chǎn)生避撞趨勢(shì)，每架無(wú)人機(jī)將會(huì)朝著遠(yuǎn)離鄰居機(jī)的方向做平滑運(yùn)動(dòng)，以此來(lái)保持無(wú)人機(jī)與無(wú)人機(jī)之間有一個(gè)合適的距離，避免機(jī)機(jī)碰撞的發(fā)生，如圖 3所示。 通過(guò)人工勢(shì)場(chǎng)法，既能保證每個(gè)無(wú)人機(jī)之間不會(huì)發(fā)生碰撞，又能保證無(wú)人機(jī)的編隊(duì)隊(duì)形保持不變，有效的完成了一定的隊(duì)形變換任務(wù)。但是，這樣簡(jiǎn)單的一個(gè)避撞算法，也存在一定的缺點(diǎn)，例如當(dāng)無(wú)人機(jī)距離目標(biāo)點(diǎn)太遠(yuǎn)，將會(huì)產(chǎn)生巨大的引力，產(chǎn)生的斥力將會(huì)較小，飛行路徑時(shí)可能會(huì)碰到障礙物，或者在某個(gè)點(diǎn)，引力與斥力相等，易陷入局部最優(yōu)解。所以在它的使用過(guò)程中，可利用其改進(jìn)算法避免這些缺點(diǎn)。

好了，今天的人工勢(shì)場(chǎng)法就介紹到這里。

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總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的技术分享 | 基于人工势场法的无人机，机间避撞实现的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。

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