复杂任务区域的区域划分与覆盖路径规划

作     者：崔宝艺 吕跃勇 秦文宇 马广富 CUI Baoyi;LYU Yueyong;QIN Wenyu;MA Guangfu

作者机构：哈尔滨工业大学(深圳)机电工程与自动化学院深圳518000 哈尔滨工业大学航天学院哈尔滨150000 

出 版 物：《无人系统技术》 (Unmanned Systems Technology)

年 卷 期：2024年第7卷第1期

页      面：97-105页

学科分类：08[工学] 081101[工学-控制理论与控制工程] 0811[工学-控制科学与工程] 081102[工学-检测技术与自动化装置] 

基　　金：国家自然科学基金(62273118) 空间智能控制技术实验室开放基金(HTKJ2022KL502012) 

主　　题：区域覆盖 多无人机 非凸区域划分 Delaunay剖分 非线性整数规划 Z型覆盖路径 

摘      要：多无人机对指定区域进行巡飞探测,在地理测绘、抢险救灾等领域起到重要作用。针对多无人机对凸/非凸多边形区域的覆盖问题,开展了复杂目标区域的区域划分以及覆盖路径规划技术研究。首先,建立了无人机飞行运动模型和指定区域的边界描述。然后,针对目标区域为凸多边形与非凸多边形两种情况,同时考虑区域凸分解与集群覆盖效率优化,分别提出了基于线扫描的凸区域划分方法与基于Delaunay三角剖分的非凸区域划分方法。接着,考虑无人机运动学约束与能量消耗最小化,提出了一种最小转弯半径约束下的Z型覆盖路径。最后,通过数值仿真验证了本文所提方法的有效性。结果表明,所提方法可以对凸/非凸多边形区域实现凸划分并减小了各子区域面积差异,提高了集群总覆盖效率,覆盖路径规划方法使路径总长相较于未沿主轴覆盖时减小了26%,转弯路径占比减小了36%。