無(wú)人機(jī)編隊(duì)陣型自動(dòng)生成方法及裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種無(wú)人機(jī)編隊(duì)陣型自動(dòng)生成方法，包括：步驟1，確定無(wú)人機(jī)編隊(duì)中的每架無(wú)人機(jī)在預(yù)設(shè)的無(wú)人機(jī)編隊(duì)陣型擬合圖形中受到的其他無(wú)人機(jī)對(duì)其產(chǎn)生的斥力合力；步驟2，計(jì)算斥力合力在陣型擬合圖形中的切向分量；步驟3，根據(jù)切向分量確定無(wú)人機(jī)沿陣型擬合圖形的軌跡線/面的位移量及位移速度；步驟4，以確定的位移量及位移速度沿陣型擬合圖形的軌跡線/面進(jìn)行位置調(diào)整；步驟5，判斷當(dāng)前是否滿足位置調(diào)整終止條件；如果是，則執(zhí)行步驟6，如果否，則循環(huán)執(zhí)行步驟1?步驟4；步驟6，將無(wú)人機(jī)編隊(duì)中所有無(wú)人機(jī)位置調(diào)整后組成的陣型作為生成的無(wú)人機(jī)編隊(duì)的陣型。本發(fā)明使無(wú)人機(jī)可以變換陣型，以適應(yīng)環(huán)境的變換和機(jī)群增減數(shù)量的需要。
【專利說明】
無(wú)人機(jī)編隊(duì)陣型自動(dòng)生成方法及裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及無(wú)人機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，更具體的，本發(fā)明的實(shí)施方式涉及一種無(wú)人機(jī)編隊(duì) 的陣型自動(dòng)生成方法及裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 無(wú)人機(jī)編隊(duì)陣型的生成目前通常采用人工設(shè)定，陣型間的變換也是人工規(guī)劃路 徑。如此方法的優(yōu)點(diǎn)是隊(duì)列生成原理簡(jiǎn)單，如方陣，但缺點(diǎn)是自動(dòng)化程度低，無(wú)法安排復(fù)雜 陣型，并且當(dāng)陣型出現(xiàn)問題時(shí)，例如某架編隊(duì)內(nèi)無(wú)人機(jī)出現(xiàn)故障離隊(duì)、或編隊(duì)中增加了一架 無(wú)人機(jī)，若按照原規(guī)劃路徑飛行，則整個(gè)編隊(duì)中無(wú)人機(jī)間距將不再均勻，破壞了陣型的完整 性，影響整個(gè)編隊(duì)飛行表演的視覺效果。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明提出一種無(wú)人機(jī)編隊(duì)陣型的自動(dòng)生成方法及裝置，以實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)任務(wù)變化 或無(wú)人機(jī)數(shù)量增減時(shí)，陣型可以保持均勻的效果。
[0004] 為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明實(shí)施例提供一種無(wú)人機(jī)編隊(duì)陣型自動(dòng)生成方法，包括： 步驟1，確定無(wú)人機(jī)編隊(duì)中的每架無(wú)人機(jī)在預(yù)設(shè)的無(wú)人機(jī)編隊(duì)陣型擬合圖形中受到的其他 無(wú)人機(jī)對(duì)其產(chǎn)生的斥力合力；步驟2,計(jì)算所述斥力合力在所述陣型擬合圖形中的切向分 量;步驟3,根據(jù)所述切向分量確定所述無(wú)人機(jī)沿所述陣型擬合圖形的軌跡線/面的位移量 及位移速度;步驟4,以所述確定的位移量及位移速度沿所述陣型擬合圖形的軌跡線/面進(jìn) 行位置調(diào)整;步驟5，判斷當(dāng)前是否滿足位置調(diào)整終止條件；如果是，則執(zhí)行步驟6，如果否， 則循環(huán)執(zhí)行步驟1-步驟4;步驟6,將所述無(wú)人機(jī)編隊(duì)中所有無(wú)人機(jī)位置調(diào)整后組成的陣型 作為生成的所述無(wú)人機(jī)編隊(duì)的陣型。
[0005] 為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明實(shí)施例還提供一種無(wú)人機(jī)編隊(duì)陣型自動(dòng)生成裝置，包 括:斥力合力確定模塊，用于確定無(wú)人機(jī)編隊(duì)中的每架無(wú)人機(jī)在預(yù)設(shè)的無(wú)人機(jī)編隊(duì)陣型擬 合圖形中受到的其他無(wú)人機(jī)對(duì)其產(chǎn)生的斥力合力；切向分量計(jì)算模塊，用于計(jì)算所述斥力 合力在所述陣型擬合圖形中的切向分量;位移及速度確定模塊，用于根據(jù)所述切向分量確 定所述無(wú)人機(jī)沿所述陣型擬合圖形的軌跡線/面的位移量及位移速度;位置調(diào)整模塊，用于 以所述確定的位移量及位移速度沿所述陣型擬合圖形的軌跡線/面進(jìn)行位置調(diào)整；判斷模 塊，用于判斷當(dāng)前是否滿足位置調(diào)整終止條件;陣型生成模塊，用于將所述無(wú)人機(jī)編隊(duì)中所 有無(wú)人機(jī)位置調(diào)整后組成的陣型作為生成的所述無(wú)人機(jī)編隊(duì)的陣型。
[0006] 本發(fā)明實(shí)施例的無(wú)人機(jī)編隊(duì)陣型自動(dòng)生成方法及裝置，使得原先需要手工建立的 無(wú)人機(jī)編隊(duì)陣型現(xiàn)通過自動(dòng)化方法即可建立，節(jié)省了大量設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的時(shí)間，降低了設(shè)計(jì)難 度;并且，陣型的自動(dòng)化生成，使得無(wú)人機(jī)在編隊(duì)執(zhí)行任務(wù)過程中可以變換陣型，以適應(yīng)環(huán) 境的變化和機(jī)群增減數(shù)量的需要，還可以使機(jī)群編隊(duì)更加均勻合理，在相同陣型外型尺寸 下，盡量拉大機(jī)間距離，保障飛行過程中的風(fēng)險(xiǎn)最小。
【附圖說明】
[0007] 為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn) 有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本 發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)性的前提下，還可以根 據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0008] 圖1為本發(fā)明實(shí)施例的無(wú)人機(jī)編隊(duì)陣型自動(dòng)生成方法的處理流程圖；
[0009] 圖2為圖1所示實(shí)施例的步驟S101的處理流程圖；
[0010] 圖3為當(dāng)前無(wú)人機(jī)受到其他無(wú)人機(jī)對(duì)其產(chǎn)生的斥力合力的示意圖；
[0011] 圖4為圖1所示實(shí)施例的步驟S103的處理流程圖；
[0012] 圖5為圖3所示實(shí)施例的對(duì)合力F在軌道的法向和切向進(jìn)行分解，得到法向力Fn和 切向力Ft的示意圖；
[0013] 圖6為本發(fā)明實(shí)施例的無(wú)人機(jī)編隊(duì)陣型自動(dòng)生成裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0014] 圖7為圖6所示實(shí)施例中的斥力合力確定模塊101的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015] 圖8為圖6所示實(shí)施例中的位移及速度確定模塊103的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016] 圖9為本發(fā)明一具體實(shí)施例中的四架無(wú)人機(jī)平衡態(tài)時(shí)的位置示意圖；
[0017] 圖10為圖9所示的具體實(shí)施例中的四架無(wú)人機(jī)其中一架離開編隊(duì)時(shí)，其他三架所 受的斥力合力發(fā)生變化的示意圖；
[0018] 圖11為圖10所示的具體實(shí)施例中的兩架無(wú)人機(jī)進(jìn)行自動(dòng)調(diào)整時(shí)，產(chǎn)生過沖現(xiàn)象的 位置示意圖；
[0019] 圖12為圖11所示的具體實(shí)施例中的三架無(wú)人機(jī)經(jīng)過多次自動(dòng)調(diào)整，最終達(dá)到平衡 態(tài)時(shí)的位置示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020] 下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完 整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；?本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他 實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0021] 本領(lǐng)域技術(shù)技術(shù)人員知道，本發(fā)明的實(shí)施方式可以實(shí)現(xiàn)為一種系統(tǒng)、裝置、設(shè)備、 方法或計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品。因此，本公開可以具體實(shí)現(xiàn)為以下形式，即：完全的硬件、完全的軟 件(包括固件、駐留軟件、微代碼等），或者硬件和軟件結(jié)合的形式。
[0022] 下面參考本發(fā)明的若干代表性實(shí)施方式，詳細(xì)闡釋本發(fā)明的原理和精神。
[0023]圖1為本發(fā)明實(shí)施例的無(wú)人機(jī)編隊(duì)陣型自動(dòng)生成方法的處理流程圖。如圖1所示， 包括:步驟S101，確定無(wú)人機(jī)編隊(duì)中的每架無(wú)人機(jī)在預(yù)設(shè)的無(wú)人機(jī)編隊(duì)陣型擬合圖形中受 到的其他無(wú)人機(jī)對(duì)其產(chǎn)生的斥力合力；
[0024] 步驟S102,計(jì)算所述斥力合力在所述陣型擬合圖形中的切向分量；
[0025] 步驟S103,根據(jù)所述切向分量確定所述無(wú)人機(jī)沿所述陣型擬合圖形的軌跡線/面 的位移量及位移速度；
[0026] 步驟S104,以所述確定的位移量及位移速度沿所述陣型擬合圖形的軌跡線/面進(jìn) 行位置調(diào)整；
[0027] 步驟S105，判斷當(dāng)前是否滿足位置調(diào)整終止條件；如果是，則執(zhí)行步驟S106，如果 否，則循環(huán)執(zhí)行步驟s 101 -步驟S104;
[0028] 步驟S106,將所述無(wú)人機(jī)編隊(duì)中所有無(wú)人機(jī)位置調(diào)整后組成的陣型作為生成的所 述無(wú)人機(jī)編隊(duì)的陣型。
[0029] 具體實(shí)施時(shí)，在所述步驟S101中，所述預(yù)設(shè)的無(wú)人機(jī)編隊(duì)陣型擬合圖形為閉合且 連續(xù)可導(dǎo)的幾何線或面，即可以沿著一個(gè)方向一直平滑地運(yùn)動(dòng)下去。例如可以為圓環(huán)或者 球面，但是不限定必須為標(biāo)準(zhǔn)的圓環(huán)或球面，變形的也可以。在設(shè)置陣型擬合圖形的描述參 數(shù)時(shí)，例如可設(shè)置圓環(huán)或球面半徑R = 5m，設(shè)定擬合陣型的無(wú)人機(jī)個(gè)數(shù)N=8;還可以設(shè)置一 些其他的描述參數(shù)，例如設(shè)置無(wú)人機(jī)之間的安全間距D = 50cm，該參數(shù)的設(shè)置可以防止在進(jìn) 行自動(dòng)陣型調(diào)整時(shí)出現(xiàn)兩機(jī)距離過近或碰撞的現(xiàn)象。
[0030] 具體實(shí)施時(shí)，參考圖2,在所述步驟S101中，所述確定無(wú)人機(jī)編隊(duì)中的每架無(wú)人機(jī) 在預(yù)設(shè)的無(wú)人機(jī)編隊(duì)陣型擬合圖形中受到的其他無(wú)人機(jī)對(duì)其產(chǎn)生的斥力合力，具體包括： [00 31] 步驟S1011，確定當(dāng)前無(wú)人機(jī)到所述無(wú)人機(jī)編隊(duì)中其他無(wú)人機(jī)的距離di，di= I X-Xi ，其中，x為所述當(dāng)前無(wú)人機(jī)的位置坐標(biāo)，Xl為其他無(wú)人機(jī)的位置坐標(biāo)。在本發(fā)明實(shí)施例中， 距離是指直線距離，因?yàn)槠谕瓤臻g內(nèi)的直線距離均勻可以為每個(gè)無(wú)人機(jī)帶來(lái)足夠大的安 全性，而不均勻的分布會(huì)給密集區(qū)域內(nèi)的無(wú)人機(jī)帶來(lái)更大的風(fēng)險(xiǎn)。另外，可以基于光學(xué)動(dòng)作 捕捉系統(tǒng)獲得編隊(duì)中每架無(wú)人機(jī)的位置，從而針對(duì)一架無(wú)人機(jī)計(jì)算到與其他無(wú)人機(jī)的距 離。該光學(xué)動(dòng)作捕捉系統(tǒng)包括多個(gè)光學(xué)動(dòng)作捕捉設(shè)備以及處理器。該多個(gè)光學(xué)動(dòng)作捕捉設(shè) 備布置于無(wú)人機(jī)的指定運(yùn)動(dòng)區(qū)域，可以用于從不同方向獲取無(wú)人機(jī)的圖像，以使定位系統(tǒng) 的處理器基于所述圖像對(duì)所述無(wú)人機(jī)進(jìn)行定位。其中，所述無(wú)人機(jī)在指定運(yùn)動(dòng)區(qū)域內(nèi)正常 運(yùn)動(dòng)的情況下，可被至少兩個(gè)光學(xué)動(dòng)作捕捉設(shè)備獲取到圖像。在無(wú)人機(jī)的表面均設(shè)置有至 少三個(gè)標(biāo)記點(diǎn)，設(shè)置于無(wú)人機(jī)表面的標(biāo)記點(diǎn)按不同排列方式排列，無(wú)人機(jī)的標(biāo)記點(diǎn)均具有 唯一的排列方式。該無(wú)人機(jī)的表面的至少三個(gè)標(biāo)記點(diǎn)為處理器可對(duì)其成像進(jìn)行識(shí)別的標(biāo)記 點(diǎn)。處理器接收多個(gè)光學(xué)動(dòng)作捕捉設(shè)備獲取的包括無(wú)人機(jī)的標(biāo)記點(diǎn)的至少兩幅圖像，并對(duì) 至少兩幅圖像中的標(biāo)記點(diǎn)進(jìn)行處理，獲得標(biāo)記點(diǎn)的坐標(biāo)數(shù)據(jù)。
[0032] 在初始計(jì)算時(shí)，每個(gè)無(wú)人機(jī)會(huì)賦予一個(gè)隨機(jī)初始位置和一個(gè)隨機(jī)初始速度，初始 速度為隨機(jī)方向的一個(gè)小值，設(shè)置小值初始速度的目的是避免無(wú)人機(jī)的初始位置落入亞穩(wěn) ??τ 〇
[0033] 步驟S1012,根據(jù)當(dāng)前無(wú)人機(jī)到其他無(wú)人機(jī)的距離確定當(dāng)前無(wú)人機(jī)受到其他無(wú)人 機(jī)的斥力C j是其他無(wú)人機(jī)對(duì)所述當(dāng)前無(wú)人機(jī)所產(chǎn)生的斥力，F(xiàn),方向?yàn)槠渌麩o(wú)人機(jī)指 向當(dāng)前無(wú)人機(jī)的方向?？梢钥闯觯?dāng)前無(wú)人機(jī)所受的斥力與距離時(shí)成反比的，與其他無(wú)人機(jī) 的距離越近，所受到的斥力越大，反之，與其他無(wú)人機(jī)的距離越遠(yuǎn)，所受到的斥力越小。 [0034]步驟S1013,根據(jù)所確定的當(dāng)前無(wú)人機(jī)受到其他無(wú)人機(jī)的斥力確定所述當(dāng)前無(wú)人 機(jī)所受到的斥力合力:F= EFi，進(jìn)行斥力合成的運(yùn)算為矢量運(yùn)算。
[0035]參考圖3,為一具體實(shí)施例中的當(dāng)前無(wú)人機(jī)受到其他無(wú)人機(jī)對(duì)其產(chǎn)生的斥力合力 的示意圖。如圖3所示，10點(diǎn)鐘位的無(wú)人機(jī)同時(shí)受到11點(diǎn)位和8點(diǎn)位兩個(gè)無(wú)人機(jī)的斥力Fi，其 合力F如圖所示，且由于11點(diǎn)位的無(wú)人機(jī)離10點(diǎn)位的無(wú)人機(jī)要比8點(diǎn)位的無(wú)人機(jī)離10點(diǎn)位的 無(wú)人機(jī)近，因此產(chǎn)生的合力的方向偏向8點(diǎn)位的方向，即偏向逆時(shí)針方向。
[0036]具體實(shí)施時(shí)，在步驟S102中，計(jì)算所述斥力合力在所述陣型擬合圖形中的切向分 量，可以通過對(duì)所述斥力合力F在所述陣型擬合圖形的軌跡線/面的切向方向上投影，生成 切向分量Ft。
[0037]在所述步驟S103中，如圖4所示，根據(jù)所述切向分量確定所述無(wú)人機(jī)沿所述陣型擬 合圖形的軌跡線/面的位移量及位移速度，具體包括：
[0038]步驟S1031，根據(jù)所述切向分量確定所述無(wú)人機(jī)沿所述陣型擬合圖形的軌跡線/面 的位移速度v = k*Ft，其中Ft為所述斥力合力的切向分量，k為比例系數(shù);步驟S1032，根據(jù)所 述位移速度v確定所述無(wú)人機(jī)沿所述陣型擬合圖形的軌跡線/面的位移量s = v*A t，其中△ t為設(shè)定的計(jì)算周期。此處的位移速度和位移量均指的是沿切線方向的位移速度和位移量， 因?yàn)闊o(wú)人機(jī)的位移要受到軌跡線的約束，不能離開軌跡線。
[0039] 如圖5所示，為圖3所示實(shí)施例的對(duì)合力F在軌道的法向和切向方向上進(jìn)行分解，得 到法向力Fn和切向力Ft的示意圖。如圖5所示，對(duì)合力F在軌跡的法向和切向進(jìn)行分解，由于 目標(biāo)受到環(huán)狀軌跡線的約束（即無(wú)人機(jī)不可以離開軌跡線），所以偏向逆時(shí)針的合力F，會(huì)在 徑向上產(chǎn)生一個(gè)逆時(shí)針方向的切向力Ft，這使得10點(diǎn)位的無(wú)人機(jī)會(huì)向8點(diǎn)位的無(wú)人機(jī)靠近， 從而使得F的方向最終于法線方向平行，獲得穩(wěn)定態(tài)。
[0040] 其他兩個(gè)單元也同10點(diǎn)位的無(wú)人機(jī)一樣，受到其他兩個(gè)無(wú)人機(jī)的斥力，首先計(jì)算 合力F，分解出切向力Ft，再用Ft計(jì)算出速度v，v = k*Ft，由于處理循環(huán)具有一定的時(shí)間間隔 A t，所以以速度v持續(xù)一段時(shí)間Δ t，無(wú)人機(jī)會(huì)產(chǎn)生位移s = v* Δ t。
[00411步驟S104中，在計(jì)算得到位移量和位移速度后，以所述確定的位移量及位移速度 沿所述陣型擬合圖形的軌跡線/面進(jìn)行位置調(diào)整。具體實(shí)施時(shí)，可以將確定的位移量及位移 速度發(fā)送給無(wú)人機(jī)API接口，利用速度實(shí)時(shí)調(diào)整位置。即，當(dāng)控制邏輯以一定時(shí)間間隔△ t通 過API接口對(duì)無(wú)人機(jī)進(jìn)行速度控制時(shí)，即可通過速度控制達(dá)到位置控制。
[0042]接下來(lái)，在步驟S105中，判斷當(dāng)前是否滿足位置調(diào)整終止條件；如果是，則執(zhí)行步 驟S106,如果否，則循環(huán)執(zhí)行步驟S101-步驟S104。其中，所述位置調(diào)整終止條件包括如下任 一項(xiàng):所述無(wú)人機(jī)的位移速度小于設(shè)定的速度閾值;循環(huán)次數(shù)大于設(shè)定的次數(shù)閾值。
[0043] 當(dāng)所述無(wú)人機(jī)的位移速度小于設(shè)定的速度閾值時(shí)，即所有無(wú)人機(jī)都趨近于靜止， 此時(shí)終止循環(huán)。
[0044] 當(dāng)循環(huán)次數(shù)大于設(shè)定的次數(shù)閾值時(shí)，即達(dá)到最大循環(huán)次數(shù)，終止循環(huán)。例如當(dāng)某些 特殊情況發(fā)生，比如飛機(jī)受到大風(fēng)，通過調(diào)節(jié)也無(wú)法達(dá)到指定位置時(shí)，此時(shí)通過陣型自動(dòng)生 成算法無(wú)法實(shí)現(xiàn)陣型的調(diào)節(jié)，將陷入死循環(huán)，設(shè)置最大循環(huán)次數(shù)是保證能夠退出循環(huán);另外 模擬計(jì)算也可能出現(xiàn)點(diǎn)反復(fù)震蕩而不易收斂的情況，也需要設(shè)置最大循環(huán)次數(shù)以退出。
[0045] 具體實(shí)施時(shí)，在所述步驟S106中，將所述無(wú)人機(jī)編隊(duì)中所有無(wú)人機(jī)位置調(diào)整后組 成的陣型作為生成的所述無(wú)人機(jī)編隊(duì)的陣型。也就是說，經(jīng)過步驟S101-S105后，編隊(duì)陣型 的自動(dòng)調(diào)整處于平衡，在相同陣型圖案和面積下，無(wú)人機(jī)平均間隔最大。
[0046] 進(jìn)一步地，在步驟S106中，還輸出生成的所述無(wú)人機(jī)編隊(duì)的陣型的每架無(wú)人機(jī)的 位置描述信息。具體的，該位置描述信息是指以陣心為笛卡爾坐標(biāo)系中心，每架無(wú)人機(jī)自身 坐標(biāo)與陣心偏移量。第一行描述無(wú)人機(jī)的數(shù)量，第二行至第N+1行描述每架無(wú)人機(jī)在機(jī)群坐 標(biāo)系下的位置和姿態(tài)，如下所示：
[0047] Num
[0048] IDi ,xi,yi,zi,yawi,pitchi,rolli
[0049] ···
[0050] IDn,Xn,yn,Zn,yaWn,pitchn,r〇lln
[0051] 通過以上實(shí)施例可以看出，本發(fā)明的編隊(duì)陣型自動(dòng)生成方法，使得原先需要手工 建立的編隊(duì)陣型現(xiàn)通過自動(dòng)化方法即可建立，降低了設(shè)計(jì)難度;并且，無(wú)人機(jī)在編隊(duì)執(zhí)行過 程中可以變換陣型，以適應(yīng)環(huán)境的變換和機(jī)群增減數(shù)量的需要，還可以使機(jī)群編隊(duì)更加均 勻合理，在相同陣型外型尺寸下，盡量拉大機(jī)間距離，保障飛行過程中的風(fēng)險(xiǎn)最小。
[0052] 應(yīng)當(dāng)注意，盡管在附圖中以特定順序描述了本發(fā)明方法的操作，但是，這并非要求 或者暗示必須按照該特定順序來(lái)執(zhí)行這些操作，或是必須執(zhí)行全部所示的操作才能實(shí)現(xiàn)期 望的結(jié)果。附加地或備選地，可以省略某些步驟，將多個(gè)步驟合并為一個(gè)步驟執(zhí)行，和/或?qū)?一個(gè)步驟分解為多個(gè)步驟執(zhí)行。
[0053] 在介紹了本發(fā)明示例性實(shí)施方式的方法之后，接下來(lái)，參考圖6對(duì)本發(fā)明示例性實(shí) 施方式的無(wú)人機(jī)編隊(duì)陣型自動(dòng)生成裝置進(jìn)行介紹。該裝置的實(shí)施可以參見上述方法的實(shí) 施，重復(fù)之處不再贅述。以下所使用的術(shù)語(yǔ)"模塊"和"單元"，可以是實(shí)現(xiàn)預(yù)定功能的軟件 和/或硬件。盡管以下實(shí)施例所描述的模塊較佳地以軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)，但是硬件，或者軟件和硬 件的組合的實(shí)現(xiàn)也是可能并被構(gòu)想的。
[0054] 圖6為本發(fā)明實(shí)施例的無(wú)人機(jī)編隊(duì)陣型自動(dòng)生成裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖6所示， 包括：
[0055]斥力合力確定模塊101，用于確定無(wú)人機(jī)編隊(duì)中的每架無(wú)人機(jī)在預(yù)設(shè)的無(wú)人機(jī)編 隊(duì)陣型擬合圖形中受到的其他無(wú)人機(jī)對(duì)其產(chǎn)生的斥力合力;切向分量計(jì)算模塊102,用于計(jì) 算所述斥力合力在所述陣型擬合圖形中的切向分量;位移及速度確定模塊103,用于根據(jù)所 述切向分量確定所述無(wú)人機(jī)沿所述陣型擬合圖形的軌跡線/面的位移量及位移速度;位置 調(diào)整模塊104,用于以所述確定的位移量及位移速度沿所述陣型擬合圖形的軌跡線/面進(jìn)行 位置調(diào)整;判斷模塊105，用于判斷當(dāng)前是否滿足位置調(diào)整終止條件；陣型生成模塊106，用 于將所述無(wú)人機(jī)編隊(duì)中所有無(wú)人機(jī)位置調(diào)整后組成的陣型作為生成的所述無(wú)人機(jī)編隊(duì)的 陣型。
[0056]具體實(shí)施時(shí)，所述預(yù)設(shè)的無(wú)人機(jī)編隊(duì)陣型擬合圖形為閉合且連續(xù)可導(dǎo)的幾何線或 面。
[0057]具體實(shí)施時(shí)，如圖7所示，所述斥力合力確定模塊101用于確定無(wú)人機(jī)編隊(duì)中的每 架無(wú)人機(jī)在預(yù)設(shè)的無(wú)人機(jī)編隊(duì)陣型擬合圖形中受到的其他無(wú)人機(jī)對(duì)其產(chǎn)生的斥力合力，其 具體包括：
[0058]距離確定單元1011，用于確定當(dāng)前無(wú)人機(jī)到所述無(wú)人機(jī)編隊(duì)中其他無(wú)人機(jī)的距離 di，di= |x_xi|，其中，X為所述當(dāng)前無(wú)人機(jī)的位置坐標(biāo)，Xi為其他無(wú)人機(jī)的位置坐標(biāo)；
[0059]斥力計(jì)算單元1012,用于根據(jù)當(dāng)前無(wú)人機(jī)到其他無(wú)人機(jī)的距離確定當(dāng)前無(wú)人機(jī)受 到其他無(wú)人機(jī)的斥力是其他無(wú)人機(jī)對(duì)所述當(dāng)前無(wú)人機(jī)所產(chǎn)生的斥力，F(xiàn)i*向?yàn)槠?他無(wú)人機(jī)指向當(dāng)前無(wú)人機(jī)的方向；
[0000]合力計(jì)算單元1013,用于根據(jù)所確定的當(dāng)前無(wú)人機(jī)受到其他無(wú)人機(jī)的斥力確定所 述當(dāng)前無(wú)人機(jī)所受到的斥力合力:F= EFi。
[0061] 具體實(shí)施時(shí)，如圖8所示，所述位移及速度確定模塊103用于根據(jù)所述切向分量確 定所述無(wú)人機(jī)沿所述陣型擬合圖形的軌跡線/面的位移量及位移速度，其具體包括：
[0062] 位移速度確定單元1031，用于根據(jù)所述切向分量確定所述無(wú)人機(jī)沿所述陣型擬合 圖形的軌跡線/面的位移速度v = k*Ft，其中Ft為所述斥力合力的切向分量，k為比例系數(shù)；
[0063] 位移量確定單元1032,用于根據(jù)所述位移速度v確定所述無(wú)人機(jī)沿所述陣型擬合 圖形的軌跡線/面的位移量s = v* At，其中At為設(shè)定的計(jì)算周期。
[0064] 具體實(shí)施時(shí)，所述判斷模塊105中的位置調(diào)整終止條件包括如下任一項(xiàng)：
[0065] 所述無(wú)人機(jī)的位移速度小于設(shè)定的速度閾值；
[0066]循環(huán)次數(shù)大于設(shè)定的次數(shù)閾值。
[0067]此外，盡管在上文詳細(xì)描述中提及了無(wú)人機(jī)編隊(duì)陣型自動(dòng)生成裝置的若干單元模 塊，但是這種劃分僅僅并非強(qiáng)制性的。實(shí)際上，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，上文描述的兩個(gè)或 更多單元的特征和功能可以在一個(gè)單元中具體化。同樣，上文描述的一個(gè)單元的特征和功 能也可以進(jìn)一步劃分為由多個(gè)單元來(lái)具體化。
[0068]以下具體實(shí)施例以四架環(huán)形陣變換三架環(huán)形陣的過程，說明利用本發(fā)明的無(wú)人機(jī) 編隊(duì)陣型自動(dòng)生成方法和裝置是如何實(shí)現(xiàn)陣型的自動(dòng)生成/調(diào)整的。
[0069]如圖9所示，四架無(wú)人機(jī)中每架都受到三個(gè)斥力，平衡態(tài)時(shí)合力與法線方向重合， 無(wú)切向方向的力，無(wú)人機(jī)維持等間隔的平衡態(tài)。
[0070]當(dāng)四架中的某一架出現(xiàn)問題離開編隊(duì)時(shí)，編隊(duì)內(nèi)的合力斥力發(fā)生變化，如圖10所 示，3點(diǎn)位無(wú)人機(jī)所受的斥力合力向右下方(切向分力為順時(shí)針方向），9點(diǎn)位的無(wú)人機(jī)所受 的斥力合力向左下方（切向分力為逆時(shí)針方向），12點(diǎn)位無(wú)人機(jī)所受的斥力合力為正上方 (原位不變）。
[0071 ]當(dāng)中間兩架無(wú)人機(jī)往6點(diǎn)位調(diào)整時(shí)，會(huì)產(chǎn)生過沖現(xiàn)象，此時(shí)如圖11所示，3點(diǎn)位和9 點(diǎn)位的無(wú)人機(jī)在6點(diǎn)位兩側(cè)相互產(chǎn)生很大的斥力，由于二者都遠(yuǎn)離12點(diǎn)位的無(wú)人機(jī)，所以產(chǎn) 生較小的斥力，此時(shí)3點(diǎn)位無(wú)人機(jī)變?yōu)榱?5點(diǎn)位，受到逆時(shí)針方向切向力，9點(diǎn)位變?yōu)榱?7點(diǎn) 位，受到順時(shí)針方向切向力。12點(diǎn)位無(wú)人機(jī)仍然合力與法線方向重合，所以切向不受力。
[0072] 通過多次震蕩，如圖12所示，三架無(wú)人機(jī)最終停止在：12點(diǎn)位、4點(diǎn)位、8點(diǎn)位，實(shí)現(xiàn) 了陣型的自動(dòng)調(diào)整，最終恢復(fù)了平衡態(tài)。
[0073] 本發(fā)明實(shí)施例的編隊(duì)陣型自動(dòng)生成方法及裝置，使得原先需要手工建立的編隊(duì)陣 型現(xiàn)通過自動(dòng)化方法即可建立，節(jié)省了大量設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的時(shí)間，降低了設(shè)計(jì)難度;并且，陣型 的自動(dòng)化生成，使得無(wú)人機(jī)在編隊(duì)執(zhí)行過程中可以變換陣型，以適應(yīng)環(huán)境的變換和機(jī)群增 減數(shù)量的需要，還可以使機(jī)群編隊(duì)更加均勻合理，在相同陣型外型尺寸下，盡量拉大機(jī)間距 離，保障飛行過程中的風(fēng)險(xiǎn)最小。
[0074] 本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員應(yīng)明白，本發(fā)明的實(shí)施例可提供為方法、系統(tǒng)、或計(jì)算機(jī)程序 產(chǎn)品。因此，本發(fā)明可采用完全硬件實(shí)施例、完全軟件實(shí)施例、或結(jié)合軟件和硬件方面的實(shí) 施例的形式。而且，本發(fā)明可采用在一個(gè)或多個(gè)其中包含有計(jì)算機(jī)可用程序代碼的計(jì)算機(jī) 可用存儲(chǔ)介質(zhì)（包括但不限于磁盤存儲(chǔ)器、CD-ROM、光學(xué)存儲(chǔ)器等）上實(shí)施的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn) 品的形式。
[0075] 本發(fā)明是參照根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的方法、設(shè)備（系統(tǒng)）、和計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品的流程 圖和/或方框圖來(lái)描述的。應(yīng)理解可由計(jì)算機(jī)程序指令實(shí)現(xiàn)流程圖和/或方框圖中的每一流 程和/或方框、以及流程圖和/或方框圖中的流程和/或方框的結(jié)合。可提供這些計(jì)算機(jī)程序 指令到通用計(jì)算機(jī)、專用計(jì)算機(jī)、嵌入式處理機(jī)或其他可編程數(shù)據(jù)處理設(shè)備的處理器以產(chǎn) 生一個(gè)機(jī)器，使得通過計(jì)算機(jī)或其他可編程數(shù)據(jù)處理設(shè)備的處理器執(zhí)行的指令產(chǎn)生用于實(shí) 現(xiàn)在流程圖一個(gè)流程或多個(gè)流程和/或方框圖一個(gè)方框或多個(gè)方框中指定的功能的裝置。
[0076] 這些計(jì)算機(jī)程序指令也可存儲(chǔ)在能引導(dǎo)計(jì)算機(jī)或其他可編程數(shù)據(jù)處理設(shè)備以特 定方式工作的計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)器中，使得存儲(chǔ)在該計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)器中的指令產(chǎn)生包括指 令裝置的制造品，該指令裝置實(shí)現(xiàn)在流程圖一個(gè)流程或多個(gè)流程和/或方框圖一個(gè)方框或 多個(gè)方框中指定的功能。這些計(jì)算機(jī)程序指令也可裝載到計(jì)算機(jī)或其他可編程數(shù)據(jù)處理設(shè) 備上，使得在計(jì)算機(jī)或其他可編程設(shè)備上執(zhí)行一系列操作步驟以產(chǎn)生計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的處理， 從而在計(jì)算機(jī)或其他可編程設(shè)備上執(zhí)行的指令提供用于實(shí)現(xiàn)在流程圖一個(gè)流程或多個(gè)流 程和/或方框圖一個(gè)方框或多個(gè)方框中指定的功能的步驟。
[0077] 本發(fā)明中應(yīng)用了具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的原理及實(shí)施方式進(jìn)行了闡述，以上實(shí)施例 的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想；同時(shí)，對(duì)于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員， 依據(jù)本發(fā)明的思想，在【具體實(shí)施方式】及應(yīng)用范圍上均會(huì)有改變之處，綜上所述，本說明書內(nèi) 容不應(yīng)理解為對(duì)本發(fā)明的限制。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種無(wú)人機(jī)編隊(duì)陣型自動(dòng)生成方法，其特征在于，包括： 步驟1，確定無(wú)人機(jī)編隊(duì)中的每架無(wú)人機(jī)在預(yù)設(shè)的無(wú)人機(jī)編隊(duì)陣型擬合圖形中受到的 其他無(wú)人機(jī)對(duì)其產(chǎn)生的斥力合力； 步驟2,計(jì)算所述斥力合力在所述陣型擬合圖形中的切向分量； 步驟3,根據(jù)所述切向分量確定所述無(wú)人機(jī)沿所述陣型擬合圖形的軌跡線/面的位移量 及位移速度； 步驟4, W所述確定的位移量及位移速度沿所述陣型擬合圖形的軌跡線/面進(jìn)行位置調(diào) 整； 步驟5，判斷當(dāng)前是否滿足位置調(diào)整終止條件;如果是，則執(zhí)行步驟6，如果否，則循環(huán)執(zhí) 行步驟1-步驟4; 步驟6,將所述無(wú)人機(jī)編隊(duì)中所有無(wú)人機(jī)位置調(diào)整后組成的陣型作為生成的所述無(wú)人 機(jī)編隊(duì)的陣型。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)人機(jī)編隊(duì)陣型自動(dòng)生成方法，其特征在于，所述預(yù)設(shè)的無(wú)人 機(jī)編隊(duì)陣型擬合圖形為閉合且連續(xù)可導(dǎo)的幾何線或面。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)人機(jī)編隊(duì)陣型自動(dòng)生成方法，其特征在于，所述確定無(wú)人機(jī) 編隊(duì)中的每架無(wú)人機(jī)在預(yù)設(shè)的無(wú)人機(jī)編隊(duì)陣型擬合圖形中受到的其他無(wú)人機(jī)對(duì)其產(chǎn)生的 斥力合力包括： 確定當(dāng)前無(wú)人機(jī)到所述無(wú)人機(jī)編隊(duì)中其他無(wú)人機(jī)的距離di，di= |x-xi|，其中，X為所述 當(dāng)前無(wú)人機(jī)的位置坐標(biāo)，Xi為其他無(wú)人機(jī)的位置坐標(biāo)； 根據(jù)所述當(dāng)前無(wú)人機(jī)到其他無(wú)人機(jī)的距離確定所述當(dāng)前無(wú)人機(jī)受到其他無(wú)人機(jī)的斥 力巧=^，F(xiàn)i是其他無(wú)人機(jī)對(duì)所述當(dāng)前無(wú)人機(jī)所產(chǎn)生的斥力，F(xiàn)i方向?yàn)槠渌麩o(wú)人機(jī)指向所述 當(dāng)前無(wú)人機(jī)的方向； 根據(jù)所確定的當(dāng)前無(wú)人機(jī)受到其他無(wú)人機(jī)的斥力確定所述當(dāng)前無(wú)人機(jī)所受到的斥力 合力:F= Σ Fi。4. 根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的無(wú)人機(jī)編隊(duì)陣型自動(dòng)生成方法，其特征在于，所述根據(jù)所 述切向分量確定所述無(wú)人機(jī)沿所述陣型擬合圖形的軌跡線/面的位移量及位移速度包括： 根據(jù)所述切向分量確定所述無(wú)人機(jī)沿所述陣型擬合圖形的軌跡線/面的位移速度v = k沖t，其中Ft為所述斥力合力的切向分量，k為比例系數(shù)； 根據(jù)所述位移速度V確定所述無(wú)人機(jī)沿所述陣型擬合圖形的軌跡線/面的位移量s = v* At,其中At為設(shè)定的計(jì)算周期。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)人機(jī)編隊(duì)陣型自動(dòng)生成方法，其特征在于，所述位置調(diào)整終 止條件包括如下任一項(xiàng)： 所述無(wú)人機(jī)的位移速度小于設(shè)定的速度闊值； 循環(huán)次數(shù)大于設(shè)定的次數(shù)闊值。6. -種無(wú)人機(jī)編隊(duì)陣型自動(dòng)生成裝置，其特征在于，包括： 斥力合力確定模塊，用于確定無(wú)人機(jī)編隊(duì)中的每架無(wú)人機(jī)在預(yù)設(shè)的無(wú)人機(jī)編隊(duì)陣型擬 合圖形中受到的其他無(wú)人機(jī)對(duì)其產(chǎn)生的斥力合力； 切向分量計(jì)算模塊，用于計(jì)算所述斥力合力在所述陣型擬合圖形中的切向分量； 位移及速度確定模塊，用于根據(jù)所述切向分量確定所述無(wú)人機(jī)沿所述陣型擬合圖形的 軌跡線/面的位移量及位移速度； 位置調(diào)整模塊，用于W所述確定的位移量及位移速度沿所述陣型擬合圖形的軌跡線/ 面進(jìn)行位置調(diào)整； 判斷模塊，用于判斷當(dāng)前是否滿足位置調(diào)整終止條件； 陣型生成模塊，用于將所述無(wú)人機(jī)編隊(duì)中所有無(wú)人機(jī)位置調(diào)整后組成的陣型作為生成 的所述無(wú)人機(jī)編隊(duì)的陣型。7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的無(wú)人機(jī)編隊(duì)陣型自動(dòng)生成裝置，其特征在于，所述預(yù)設(shè)的無(wú)人 機(jī)編隊(duì)陣型擬合圖形為閉合且連續(xù)可導(dǎo)的幾何線或面。8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的無(wú)人機(jī)編隊(duì)陣型自動(dòng)生成裝置，其特征在于，所述斥力合力確 定模塊用于確定無(wú)人機(jī)編隊(duì)中的每架無(wú)人機(jī)在預(yù)設(shè)的無(wú)人機(jī)編隊(duì)陣型擬合圖形中受到的 其他無(wú)人機(jī)對(duì)其產(chǎn)生的斥力合力，其具體包括： 距離確定單元，用于確定當(dāng)前無(wú)人機(jī)到所述無(wú)人機(jī)編隊(duì)中其他無(wú)人機(jī)的距離di，di = x-xi I，其中，X為所述當(dāng)前無(wú)人機(jī)的位置坐標(biāo)，XI為其他無(wú)人機(jī)的位置坐標(biāo)； 斥力計(jì)算單元，用于根據(jù)當(dāng)前無(wú)人機(jī)到其他無(wú)人機(jī)的距離確定當(dāng)前無(wú)人機(jī)受到其他無(wú) 人機(jī)的斥力巧=^，F(xiàn)i是其他無(wú)人機(jī)對(duì)所述當(dāng)前無(wú)人機(jī)所產(chǎn)生的斥力，F(xiàn)i方向?yàn)槠渌麩o(wú)人機(jī) 指向當(dāng)前無(wú)人機(jī)的方向； 合力計(jì)算單元，用于根據(jù)所確定的當(dāng)前無(wú)人機(jī)受到其他無(wú)人機(jī)的斥力確定所述當(dāng)前無(wú) 人機(jī)所受到的斥力合力:F = Σ Fi。9. 根據(jù)權(quán)利要求6或8所述的無(wú)人機(jī)編隊(duì)陣型自動(dòng)生成裝置，其特征在于，所述位移及 速度確定模塊用于根據(jù)所述切向分量確定所述無(wú)人機(jī)沿所述陣型擬合圖形的軌跡線/面的 位移量及位移速度，其具體包括： 位移速度確定單元，用于根據(jù)所述切向分量確定所述無(wú)人機(jī)沿所述陣型擬合圖形的軌 跡線/面的位移速度v = k沖t，其中Ft為所述斥力合力的切向分量，k為比例系數(shù)； 位移量確定單元，用于根據(jù)所述位移速度V確定所述無(wú)人機(jī)沿所述陣型擬合圖形的軌 跡線/面的位移量S = V* Δ t，其中Δ t為設(shè)定的計(jì)算周期。10. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的無(wú)人機(jī)編隊(duì)陣型自動(dòng)生成裝置，其特征在于，所述位置調(diào)整 終止條件包括如下任一項(xiàng)： 所述無(wú)人機(jī)的位移速度小于設(shè)定的速度闊值； 循環(huán)次數(shù)大于設(shè)定的次數(shù)闊值。
【文檔編號(hào)】G05D1/10GK105974939SQ201610591507
【公開日】2016年9月28日
【申請(qǐng)日】2016年7月25日
【發(fā)明人】黃建, 楊建軍
【申請(qǐng)人】零度智控（北京）智能科技有限公司