基于改进势场和一致性的无人机编队避障方法 被引量：5

1

作者 杨永刚 龚泽川 谢睿夫 《电光与控制》 CSCD 北大核心 2024年第7期36-41,共6页

针对无人机编队在执行任务时存在的机间碰撞、与障碍物碰撞及编队通信等问题,将无人机动力学方程视为二阶积分模型,提出一种人工势场法和一致性理论相结合的协同避障控制策略。首先建立变增益函数来降低超调和稳态误差,并由此设计虚拟... 针对无人机编队在执行任务时存在的机间碰撞、与障碍物碰撞及编队通信等问题,将无人机动力学方程视为二阶积分模型,提出一种人工势场法和一致性理论相结合的协同避障控制策略。首先建立变增益函数来降低超调和稳态误差,并由此设计虚拟领航结构下的无人机编队一致性控制方法;然后应用分段思想,增加回环力、机间防碰撞力等来改进传统人工势场法,以解决局部最优和编队安全问题,从而实现编队避碰和避障;最后将一致性控制方法和改进后的人工势场法相结合,提出编队协同避障控制律,并利用小增益定理对其进行稳定收敛性分析。仿真结果表明,无人机编队可以实现精准避障后恢复预期编队队形,最终稳定到达目标位置。 展开更多

关键词 无人机编队 一致性 人工势场 虚拟领航者 避障

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人工势场和虚拟结构结合的无人车编队及避障研究 被引量：9

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作者 崔立堃 冯绪永 王承祥 《兵器装备工程学报》 CAS CSCD 北大核心 2022年第9期304-308,共5页

针对虚拟结构法车辆编队避障时编队结构缺乏灵活性的问题,提出了一种将人工势场法与虚拟结构法相结合的车辆协同编队及避障算法。利用人工势场建立车辆与虚拟结构中虚拟点的引力,控制编队中队形的保持和编队车辆避障后重新形成编队;建... 针对虚拟结构法车辆编队避障时编队结构缺乏灵活性的问题,提出了一种将人工势场法与虚拟结构法相结合的车辆协同编队及避障算法。利用人工势场建立车辆与虚拟结构中虚拟点的引力,控制编队中队形的保持和编队车辆避障后重新形成编队;建立车辆与障碍物的斥力和车辆之间的相互作用力,控制编队中车辆与障碍物的避障以及编队中车辆之间的避撞;通过Matlab以3车辆编队和6辆车编队为例进行了数值仿真,结果表明:该文所提出的人工势场和虚拟结构结合的车辆协同编队及避障算法可以有效实现编队车辆的避障行为,编队各车辆可实现单独避障,并在避障后能快速恢复队形继续前进,编队路径变化较为平缓。 展开更多

关键词 人工势场 虚拟结构 无人车辆 编队 避障

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基于改进人工势场的无人机编队避障控制研究 被引量：31

3

作者 张佳龙 闫建国 +1 位作者 张普 王奔驰 《西安交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第11期112-119,共8页

针对人工势场方法在无人机避障过程中存在局部最小值的问题,基于虚拟结构和"长机-僚机"控制策略,提出一种复合矢量人工势场方法,有效实现了无人机编队在三维空间避开障碍物追踪运动目标的目的。该方法以3架无人机构成的编队... 针对人工势场方法在无人机避障过程中存在局部最小值的问题,基于虚拟结构和"长机-僚机"控制策略,提出一种复合矢量人工势场方法,有效实现了无人机编队在三维空间避开障碍物追踪运动目标的目的。该方法以3架无人机构成的编队作为研究对象,虚拟长机运动轨迹作为期望路径,障碍物简化为圆柱体,其周围的人工势场近似为球体表面。人工势场中的引力导引虚拟长机追踪目标,僚机追踪长机保持编队飞行。斥力作用使得编队避开障碍物,同时僚机不分次序和具体位置均匀地分布在以虚拟长机为球心的球体表面。无人机编队的避障路径取决于两种复合矢量的人工势场,每架无人机可选择最优路径避障,避障结束重组三角形编队飞行。通过仿真结果验证了该理论的可行性,为多无人机编队避障提供了一种思路。 展开更多

关键词 人工势场方法 局部最小值 虚拟长机 最优路径 无人机编队避障

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基于改进人工势场法的搬运机器人避障算法研究 被引量：29

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作者 付泽民 吴力杰 +2 位作者 乔涛涛 石博文 余奇 《机床与液压》 北大核心 2021年第5期25-29,共5页

搬运机器人作为移动机器人中的一种,应用前景十分广泛。基于搬运机器人的避障问题,对人工势场法进行研究,针对人工势场法容易出现的局部极小值问题和目标不可达问题进行分析,通过引入虚拟障碍物模型,较好地解决了人工势场法的局部极小... 搬运机器人作为移动机器人中的一种,应用前景十分广泛。基于搬运机器人的避障问题,对人工势场法进行研究,针对人工势场法容易出现的局部极小值问题和目标不可达问题进行分析,通过引入虚拟障碍物模型,较好地解决了人工势场法的局部极小值问题;修改斥力模型修正了目标不可达问题。在MATLAB软件中对改进之后的算法进行仿真,验证了该算法的可行性。 展开更多

关键词 搬运机器人 安全避障 人工势场法 虚拟障碍物

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基于改进人工势场的苹果采摘机器人机械手避障方法 被引量：76

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作者 姬伟 程风仪 +3 位作者 赵德安 陶云 丁世宏 吕继东 《农业机械学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第11期253-259,共7页

针对非结构化环境下的采摘机器人机械手实时避障问题,提出一种改进人工势场法的避障路径规划方法。根据自行研制的5自由度苹果采摘机器人机械手具体结构和障碍物特征,进行机械手运动学分析和障碍物建模;在保留传统人工势场法易于实现、... 针对非结构化环境下的采摘机器人机械手实时避障问题,提出一种改进人工势场法的避障路径规划方法。根据自行研制的5自由度苹果采摘机器人机械手具体结构和障碍物特征,进行机械手运动学分析和障碍物建模;在保留传统人工势场法易于实现、结构简单等优点的基础上,针对其存在的局部极小点、陷进区等问题,结合果树生长环境中障碍物的特点,通过引入虚拟目标点使搜索过程跳出局部最优的极小点,从而实现机械手避开障碍物到达目标的灵活避障;将该方法应用于机械手末端位置、障碍物位置和目标位置已知条件下的采摘机器人机械手实时避障任务中,仿真和实验研究结果表明此方法简单,实时性好,能够有效地避开障碍物,成功到达目标位置,适合自然生长状态下苹果的自动采摘。 展开更多

关键词 苹果 采摘机器人 机械手 避障 人工势场法 虚拟目标点

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煤矿井下多旋翼飞行器避障控制方法研究 被引量：3

6

作者 郭爱军 王妙云 +4 位作者 马宏伟 张旭辉 薛旭升 杜昱阳 张超 《工矿自动化》 北大核心 2022年第12期93-100,共8页

多旋翼飞行器以其机械结构简单、可悬停和多方向飞行的优点,在煤矿井下生产巡检方面具有良好的应用前景。但多旋翼飞行器移动速度较快,飞行时易受外界各种因素的影响,难以建立精确的数学模型,使得飞行控制算法的设计较为复杂,现有基于... 多旋翼飞行器以其机械结构简单、可悬停和多方向飞行的优点,在煤矿井下生产巡检方面具有良好的应用前景。但多旋翼飞行器移动速度较快,飞行时易受外界各种因素的影响,难以建立精确的数学模型,使得飞行控制算法的设计较为复杂,现有基于激光雷达的同步定位与地图构建方法难以满足多旋翼飞行器快速飞行的实时性要求。针对上述问题,研究了一种利用虚拟远程操控技术对煤矿井下多旋翼飞行器进行避障的控制方法。构建了煤矿井下巷道多旋翼飞行器虚拟远程操控系统,根据煤矿巷道初始信息在虚拟远程操控系统中建立虚拟巷道模型及全局导航地图,获得飞行器移动过程中已知的静态障碍物信息,建立已知的静态环境模型,减少多旋翼飞行器运动过程中对环境感知建模的任务量,提高虚拟远程操控的运行效率。在巡检过程中,多旋翼飞行器通过自身携带的传感设备检测移动方向的动态障碍物信息,虚拟远程操控系统将动态障碍物信息实时重建于初始虚拟巷道模型中,对虚拟环境状态进行实时更新,为飞行器局部避障控制提供可靠的环境依据;虚拟远程操控系统通过读取障碍物与飞行器的位置数据和移动速度信息,采用复合虚拟势场(CVFF)避障控制算法进行避障路径规划,如果检测到前方障碍物对飞行器移动产生较大威胁,远程操控人员可根据规划的避障路径对飞行器进行远程干预,实现了自主避障飞行和人为远程干预控制。为提高飞行器对动态障碍物的感知效率和精度,在虚拟势场(VFF)算法的基础上引入飞行器与障碍物、目标点之间的相对速度影响,提出了一种CVFF避障控制算法。从静态和动态障碍物避障路径2个方面对CVFF避障控制算法进行仿真验证,结果表明:静态情况下,相比VFF算法,CVFF避障控制算法在减少了迭代次数的同时,也缩短了飞行器的轨迹长度;动态情况下,飞行器成功避开了提前设定的2个动态障碍物,顺利到达设定目标点,验证了采用CVFF算法的煤矿井下多旋翼飞行器避障控制方法的有效性。 展开更多

关键词 煤矿安全巡检 多旋翼飞行器 自主避障 复合虚拟势场避障控制算法 虚拟远程操控 静态障碍物 动态障碍物

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改进人工势场的无人机避障机动策略 被引量：3

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作者 袁佳乐 刘蓉 王闯 《电光与控制》 CSCD 北大核心 2022年第7期74-80,共7页

针对无人机飞行过程中遭遇突发障碍物的规避问题,提出一种改进人工势场(APF)的无人机通用避障机动策略。在障碍规避过程中利用避障机动角设计障碍物斥力系数并加入速度控制项共同改进传统的人工势场;相较于传统设置目标点的无人机避障方... 针对无人机飞行过程中遭遇突发障碍物的规避问题,提出一种改进人工势场(APF)的无人机通用避障机动策略。在障碍规避过程中利用避障机动角设计障碍物斥力系数并加入速度控制项共同改进传统的人工势场;相较于传统设置目标点的无人机避障方法,以虚拟子机的形式实时对无人机施加状态回归力,保证无人机能较快地回归到原始期望状态,并利用模型预测调整无人机的状态回归机动量,避免抖动现象,由此设计出无人机避障机动策略。通过仿真分析证明了所提避障机动策略相比传统人工势场方法避障效率更高。最后将所提策略作为基础模块应用于不同的复杂任务,证明了所提策略具有较高的通用性。 展开更多

关键词 突发障碍 人工势场(APF) 避障机动角 速度控制 虚拟子机 模型预测

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多障碍环境中基于虚拟势场的无线传感网有向充电器部署方法 被引量：4

8

作者 胡尧 冯勇 +2 位作者 李英娜 钱谦 付晓东 《传感技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2020年第9期1333-1340,共8页

无线可充电传感网中,传统的充电器部署方式通常不考虑网络中存在障碍物的场景,且已有的工作中主要考虑的是全向无线充电器的部署问题,因此具有相当大的局限性。为此,本文研究了多障碍环境中的有向充电器部署问题,将节点分布视为若干个... 无线可充电传感网中,传统的充电器部署方式通常不考虑网络中存在障碍物的场景,且已有的工作中主要考虑的是全向无线充电器的部署问题,因此具有相当大的局限性。为此,本文研究了多障碍环境中的有向充电器部署问题,将节点分布视为若干个正态分布模型,并采用了EM算法求解GMM高斯混合模型,从而将整个传感网区域划分为多个子区域,在每个子区域中使用虚拟势场方法,同时引入虚拟引力与斥力使得有向充电器在这两种虚拟力作用下能够灵活规避障碍物区域的同时调整到充电效用较高的位置。仿真结果表明,与现有的有向充电器部署算法及其他随机算法相比,本充电器部署策略能够显著提高传感器节点的有效覆盖率与充电效用。 展开更多

关键词 无线可充电传感器网络 有向充电器 避障策略 虚拟势场

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多障碍场景的有向传感器网络覆盖优化算法 被引量：10

9

作者 李娜 向凤红 +2 位作者 毛剑琳 戴宁 段绍米 《计算机工程》 CAS CSCD 北大核心 2015年第4期19-25,共7页

针对监控区域中存在障碍物的情况,引入一种避障策略,提出基于虚拟势场的传感器网络覆盖优化算法。该算法基于有向感知模型,通过重叠覆盖区域、有效覆盖区域和障碍物遮挡区域之间虚拟力的相互作用,调整节点的传感方向,逐步消除网络中的... 针对监控区域中存在障碍物的情况,引入一种避障策略,提出基于虚拟势场的传感器网络覆盖优化算法。该算法基于有向感知模型,通过重叠覆盖区域、有效覆盖区域和障碍物遮挡区域之间虚拟力的相互作用,调整节点的传感方向,逐步消除网络中的重叠覆盖区域和障碍物遮挡区域,并根据分布在边界区域的边界节点进行改进,通过在边界线上增加一个虚拟邻居节点,实现有向传感器网络的覆盖性能增强,并分析传感器参数对覆盖率的影响。仿真结果表明,在有障碍物的情况下,该算法可有效提高网络覆盖率。 展开更多

关键词 有向传感器网络 有向感知模型 虚拟势场 避障策略 边界处理 覆盖优化

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空间遥操作动态避障型虚拟夹具技术研究 被引量：2

10

作者 刘正雄 黄攀峰 +1 位作者 潘吉祥 鹿振宇 《西北工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第2期227-234,共8页

针对空间遥操作中对操作效率的要求,首先提出一种新型的基于虚拟夹具力约束控制方法,较传统交互方法提高了操作效率;在此基础上,针对复杂空间环境和一些非结构化环境因素导致的空间遥操作安全性问题,提出一种基于人工势场的虚拟夹具动... 针对空间遥操作中对操作效率的要求,首先提出一种新型的基于虚拟夹具力约束控制方法,较传统交互方法提高了操作效率;在此基础上,针对复杂空间环境和一些非结构化环境因素导致的空间遥操作安全性问题,提出一种基于人工势场的虚拟夹具动态避障方法。该方法通过实时测量机械臂末端与障碍物间的距离计算势场作用力的大小,并将障碍物简化为质点和六面体模型,在障碍物进入势场作用范围时,根据变化的势场力的大小为操作人员提供额外的力觉反馈,辅助操作人员控制机械臂末端在未知环境中动态避障。通过CHAI3D搭建的虚拟现实仿真平台验证了该方法在提高操作性能的同时保证操作安全性。 展开更多

关键词 人工势场 动态避障 表面诱导人工势场衰减斥力 空间遥操作 虚拟夹具

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一种改进的多机器人路径规划自适应人工势场法 被引量：5

11

作者 高瑜 过金超 崔光照 《郑州轻工业学院学报（自然科学版）》 CAS 2013年第6期77-80,共4页

在研究多机器人路径规划传统方法的基础上,提出了一种改进的自适应人工势场法.该方法通过设置虚拟目标点来解决传统人工势场法易陷入局部极小点的问题,同时根据各个机器人所承担的任务和速度,采用自适应优先权策略来实现机器人之间的自... 在研究多机器人路径规划传统方法的基础上,提出了一种改进的自适应人工势场法.该方法通过设置虚拟目标点来解决传统人工势场法易陷入局部极小点的问题,同时根据各个机器人所承担的任务和速度,采用自适应优先权策略来实现机器人之间的自适应避障.仿真实验验证了该方法的有效性和可行性. 展开更多

关键词 多移动机器人 人工势场法 虚拟目标点 自适应避障

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