申请/专利权人：上海交通大学;上海机电工程研究所

申请日：2023-11-13

公开（公告）日：2024-01-30

公开（公告）号：CN117472078A

主分类号：G05D1/46

分类号：G05D1/46;G05D1/622

优先权：

专利状态码：在审-实质审查的生效

法律状态：2024.02.20#实质审查的生效;2024.01.30#公开

摘要：一种基于改进Kinodynamic‑RRT_star的空间轨迹快速规划方法，通过引入固定终端状态，自由终端时间的控制器来求解两点边值问题，进行局部最优控制问题的解算。通过改进最近点函数，提高运动对象的速度、能量效率和轨迹平滑性，能够实现在轨航天器特定任务需求下从初始位置快速机动到目标位置或区域，同时规避空间危险复杂环境约束，空间待命进入下一步操作的窗口期。本发明考虑实际情况，着重对带有运动动力学约束的RRT*算法进行了改进，优化了该算法的运算效率。在航天器连续推力的应用场景下，用改进后的算法进行了仿真分析，从算法自身，复杂场景下有无运动动力学约束以及实际在轨运行场景三个维度对几个算法进行了仿真对比与分析。

主权项：1.一种基于改进Kinodynamic-RRT_star的空间轨迹快速规划方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、根据空间目标状态进行规划问题的初始化：初始点为空间点的状态xinit，同时设置障碍规避区域xbos以及目标终点状态xgoal；所述的障碍在航天应用中包括：空间碎片、合作目标、非合作目标；步骤2、从初始状态xinit出发，在自由状态空间Xfree内以随机概率进行采样，得到随机状态xrand，采样的随机状态中包含当前点的位置和速度，即对xrand的x，y，z，vx，vy，vz进行采样；在状态空间中，设定目标状态xgoal会以预设概率选择得到，xgoal∈Xfree；步骤3、在获得自由状态空间内采样的xrand之后，设置半径为a的圆域和长为l的步长，令a＝l*0.15，通过欧氏距离计算得到生长树上距xrand以半径a的最近的顶点v，并以此为最近节点xnearest；若找不到树上最近的顶点v则令a+1，以此循环直到找到最近的点为止；步骤4、通过New函数控制从xnearest出发向着随机采样所得到的点xrand方向所生长得到的xnew，具体为：当xnearest和xrand的欧氏距离小于等于步长l，即返还xrand作为新节点xnew；当距离大于l，则从xnearest出发向着随机采样所得到的点xrand方向所生长固定步长l得到xnew，并且生长过程中需要满足避障；对于第一步而言，是以xinit为初始点，将其向着第一次采集到的xrand方向以步长l延伸得到xnew；步骤5、构造状态xnew的前向可达集R+[xnew，r]，即从xnew以低于r的成本所达到的一组状态；构造状态xnew的后向可达集R-[xnew，r]，即以低于r的成本达到状态xnew的一组状态；前向和后向可达集分别看作是高维椭球体；步骤6、在后向可达集R-[xnew，r]中查找一系列RRT树上潜在的可到达xnew的父状态点Xpotential；利用求解两点边值问题寻找与xnew以代价最小的最优轨迹连接的xpotential，xpotential∈Xpotential，代价函数为其中：控制输入为控制输入空间，找出与xnew以代价最小的最优轨迹连接的xpotential后，将xpotential与xnew连接，此步骤为重新选择父状态点，即判定对于状态点，当有其他父状态点使新产生状态点的代价比原轨迹代价小，则选择该父状态点代替原先的父状态点，以此实现该算法的渐进最优性；步骤7、在前向可达集中查找一系列RRT树上潜在的可由xnew作为父状态点的Xpotential，同样利用求解两点边值问题，寻找以xnew作为父状态点，以代价最小的最优轨迹连接的xpotential，找到则更换该状态点xpotential原先的父节点改为xnew，即为重新布线；步骤8、重复以上步骤，不断采集新的随机点xrand，寻找RRT树中距离再次采集得到的新的xrand距离最短的新的最近点xnearest，从该点再生长得到新的xnew，连接xrand和xnew，当xrand和xnew之间生成的边满足与障碍物无碰撞，则纳入RRT树进入下一步，否则返回执行本步骤；所述的生长过程，需满足避障需求以及生长终端与当前所有点的距离大于判断阈值，防止重复探索，两者皆满足则将生长终端和扩展路径纳入RRT树，直到某个生长终端与终点距离小于预设的阈值，完成路径规划。

全文数据：

权利要求：

百度查询： 上海交通大学;上海机电工程研究所 基于改进Kinodynamic-RRT_star的空间轨迹快速规划方法

免责声明
1、本报告根据公开、合法渠道获得相关数据和信息，力求客观、公正，但并不保证数据的最终完整性和准确性。
2、报告中的分析和结论仅反映本公司于发布本报告当日的职业理解，仅供参考使用，不能作为本公司承担任何法律责任的依据或者凭证。

阅读全文 双屏查看 官方信息 专利公告 收藏专利 下载PDF 下载WORD