8、机器人协作探索与火星车定位技术解析

机器人协作探索与火星车定位技术解析

1. 协作式空地机器人系统

1.1 轨迹优化

在为无人地面车辆（UGV）和无人飞行器（UAV）选定目标路径或位置后，需要对沿路径或朝向目标位置的轨迹进行优化，以降低能量成本，同时确保车辆的动态一致性。
- 地面车辆 ：采用先前工作中的方法进行优化。首先生成梯度下降路径，然后沿该路径创建无障碍物的行驶通道。接着，在通道内施加航点、连续性、安全性和动态可行性约束，将轨迹的加加速度平方作为能量成本，使用伯恩斯坦多项式基生成分段多项式轨迹。第 $i$ 阶伯恩斯坦多项式基定义为：
[b_{i}^{n}(t)=\binom{n}{i}\cdot t^{i}\cdot(1 - t)^{n - i}]
其中，$n$ 是伯恩斯坦多项式基的次数，$\binom{n}{i}$ 是二项式系数，$t$ 是参数化轨迹的变量。航点约束通过指定初始和最终位置、速度和加速度来实现；连续性约束限制曲线段之间导数的连续性；安全约束为通道添加额外的边界限制以确保安全；动态可行性约束限制轨迹上的速度和加速度。
- 飞行器 ：采用最小加加速度轨迹生成器，在施加航点和连续性约束的情况下，使用多项式轨迹最小化加加速度的平方，与地面车辆的方法类似。

1.2 系统描述

该协作系统包含一个空中平台和一个地面平台，两个平台均为定制车辆，能够在密集和复杂的环境中进行自我定位和建图。探索规划器收集车辆的实时动态状态，为它们规划轨迹。车辆之间通过无线网络进行通信。
- 地面平台 ：是一个具有四个麦克纳姆轮的全向车辆，