本发明专利技术公开了一种无人机防碰撞方法、装置、无人机和存储介质，所述方法包括：基于人工场势法，基于目标点对无人机的引力和障碍物对无人机的斥力，规划出无人机从出发点到目标点的规划路径；判断所述引力和所述斥力之间的夹角是否在预设极值点角度范围内；若在预设极值点角度范围内，则按照预设的规则对所述引力的方向进行偏转，形成避障路径，并使无人机脱离极值点到达所述目标点。本发明专利技术采用人工势场法和速度障碍法相结合的方法，通过引入环境感知和动态决策机制，使无人机集群能够根据周围环境的变化，自主地避免与障碍物以及其他无人机的碰撞，并保持合理的编队间距。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及无人机，具体涉及一种无人机防碰撞方法、装置、无人机和存储介质。
技术介绍
1、无人机集群的研究具有重要的实际意义和广阔的应用前景，将为军事、民用和商业领域带来巨大的发展机遇和经济效益。人工势场法是无人机集群的路径规划常用方法之一，人工势场法是由khabit于1985年在论文《real-time obstacle avoidance formanipulators and mobile robots(机械手和移动无人机的实时障碍物规避)》中提出的一种虚拟力法。其基本思路是将无人机在周围环境中的运动，设计成一种抽象的人造引力场中的运动，目标点对移动无人机产生“引力”，障碍物对移动无人机产生“斥力”，最后通过求合力来控制移动无人机的运动。应用人工势场法规划出来的路径一般是比较平滑并且安全的，但是这种方法存在局部最优点问题、实飞过程中路径抖振的问题。
2、当目标点的引力和障碍物的斥力同时作用于无人机时，如果这两个力的方向几乎相反且基本处于同一条直线上，会出现极值点情况。在极值点附近，无人机受到的引力和斥力几乎平衡，导致无人机停滞在该位置，无法继续向目标点靠近。即使目标点不在同一直线上，但斥力的强度足够大，仍可能导致无人机在一定范围内出现抖振现象，即来回震荡在目标点附近。这意味着无人机会陷入一个稳定的局部最小值，难以离开该位置并继续向目标点移动。这种极值点问题对路径规划和避障控制造成了困扰，可能导致无人机无法准确、高效地到达目标点，甚至在某些情况下无法完成任务。
技术实现思路</p>1、鉴于上述问题，提出了本专利技术以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的无人机防碰撞方法、装置、无人机和存储介质。
2、依据本专利技术的一个方面，提供了一种无人机防碰撞方法，所述方法包括：
3、基于人工场势法，基于目标点对无人机的引力和障碍物对无人机的斥力，规划出无人机从出发点到目标点的规划路径；
4、判断所述引力和所述斥力之间的夹角是否在预设极值点角度范围内；
5、若在预设极值点角度范围内，则按照预设的规则对所述引力的方向进行偏转，形成避障路径，并使无人机脱离极值点到达所述目标点。
6、在一些实施方式中，所述预设极值点角度范围为170度至180度，且所述引力和所述斥力相等或者大致相等。
7、在一些实施方式中，按照预设的规则对所述引力的方向进行偏转，从而使无人机脱离极值点到达所述目标点包括：
8、确定所述无人机与障碍物可能会在未来某个时刻发生碰撞的障碍速度区域；
9、利用无人机执行障碍速度区域以外的速度生成避障策略空间；
10、对所述避障策略空间进行搜索，获取避障范围，并形成避障路径。
11、在一些实施方式中，确定所述无人机与障碍物可能会在未来某个时刻发生碰撞的障碍速度区域包括：
12、假设无人机的速度是va，障碍物的速度是vb，半径分别是ra和rb，此时处于时刻t0；
13、将障碍物b映射到无人机a的构型空间，将无人机a抽象成一个点，同时将障碍物b的半径增加ra，从而得到和用于表示无人机和障碍物的位置和圆心的速度；
14、用vab表示相对于的相对速度，即以为顶点的扇形，到的两条切线λr和λf分别形成了这个扇形的边界λab；
15、在保持当前形状和速度不变的情况下，任何落在扇形区域ccab内的相对速度都会导致和发生碰撞，所述扇形区域ccab即为障碍速度区域。
16、在一些实施方式中，利用无人机执行障碍速度区域以外的速度生成避障策略空间包括：
17、以dist代表无人机a与障碍物b之间的距离，sf代表障碍物的膨胀半径，va代表无人机a的速度，vb代表障碍物b的速度，θ代表无人机a相对于障碍物b的速度矢量夹角θ；δθ表示无人机a相对于障碍物b形成的碰撞锥角度大小的一半，其计算公式如下：
18、
19、若无人机的航向角在[-δθ,δθ]范围内，即-δθ≤θ≤δθ，无人机与障碍物碰撞。
20、在一些实施方式中，利用无人机执行障碍速度区域以外的速度生成避障策略空间进一步包括：
21、基于障碍物b相对于无人机a的位置向量dist，求出其相对于x轴正方向的夹角，则得到在二维坐标轴平面中速度障碍锥的两个角度限制，即：
22、
23、其中的θ′表示dist向量相对于x轴的夹角值，obs1、obs2分别表示速度障碍锥的上下界速度限制，而在上下界速度范围之外的速度则形成所述避障策略空间。
24、在一些实施方式中，对所述避障策略空间进行搜索，获取避障范围，并形成避障路径包括：
25、当无人机的速度方向在速度障碍锥内时，以所述无人机的速度为基准，偏移其速度方向，以预设步长在预设的角度和/或速度范围内依次遍历，使得无人机的速度可以脱离所述速度障碍锥，则停止遍历，此时得到的角度和/或速度为最优解，并形成避障路径。
26、依据本专利技术的又一个方面，提供了一种无人机防碰撞装置，所述装置包括：
27、规划模块，适于基于人工场势法，基于目标点对无人机的引力和障碍物对无人机的斥力，规划出无人机从出发点到目标点的规划路径；
28、判断模块，适于判断所述引力和所述斥力之间的夹角是否在预设极值点角度范围内；
29、避障模块，适于若在预设极值点角度范围内，则按照预设的规则对所述引力的方向进行偏转，形成避障路径，并使无人机脱离极值点到达所述目标点。
30、依据本专利技术的再一方面，提供了一种无人机，包括：处理器；以及被安排成存储计算机可执行指令的存储器，所述可执行指令在被执行时使所述处理器执行根据上述任一项的无人机防碰撞方法。
31、依据本专利技术的再一方面，提供了一种计算机可读存储介质，其中，所述计算机可读存储介质存储一个或多个程序，所述一个或多个程序当被处理器执行时，实现根据上述中任一项的无人机防碰撞方法。
32、由上述可知，根据本专利技术公开的上述技术方案，采用人工势场法和速度障碍法相结合的方法，通过引入环境感知和动态决策机制，使无人机集群能够根据周围环境的变化，自主地避免与障碍物以及其他无人机的碰撞，并保持合理的编队间距。
33、上述说明仅是本专利技术技术方案的概述，为了能够更清楚了解本专利技术的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本专利技术的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本专利技术的具体实施方式。
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【技术保护点】
1.一种无人机防碰撞方法，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预设极值点角度范围为170度至180度，且所述引力和所述斥力相等或者大致相等。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，按照预设的规则对所述引力的方向进行偏转，从而使无人机脱离极值点到达所述目标点包括：
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，确定所述无人机与障碍物可能会在未来某个时刻发生碰撞的障碍速度区域包括：
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，利用无人机执行障碍速度区域以外的速度生成避障策略空间包括：
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，利用无人机执行障碍速度区域以外的速度生成避障策略空间进一步包括：
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，对所述避障策略空间进行搜索，获取避障范围，并形成避障路径包括：
8.一种无人机防碰撞装置，所述装置包括：
9.一种无人机，包括：处理器；以及被安排成存储计算机可执行指令的存储器，所述可执行指令在被执行时使所述处理器执行根据权利要求1-7中任一项所述的无人机防碰撞方法。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储一个或多个程序，所述一个或多个程序当被处理器执行时，实现根据权利要求1-7中任一项所述的无人机防碰撞方法。
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【技术特征摘要】
1.一种无人机防碰撞方法，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预设极值点角度范围为170度至180度，且所述引力和所述斥力相等或者大致相等。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，按照预设的规则对所述引力的方向进行偏转，从而使无人机脱离极值点到达所述目标点包括：
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，确定所述无人机与障碍物可能会在未来某个时刻发生碰撞的障碍速度区域包括：
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，利用无人机执行障碍速度区域以外的速度生成避障策略空间包括：
6.根据权利要求5所述的方法，其特征...
【专利技术属性】
技术研发人员：任雪峰，唐文志，刘昱鑫，
申请(专利权)人：北京卓翼智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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