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可组合可分离式小型旋翼无人机空地协同路径规划技术研究

申报人:熊箭 申报日期:2022-03-09

基本情况

第二十五期“上海交通大学大学生创新实践计划”项目
可组合可分离式小型旋翼无人机空地协同路径规划技术研究
创新训练项目
工学
电子信息类
创新类
电子信息与电气工程学院
熊箭
指导教师
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本课题受到国家自然科学基金面上项目支持,项目编号:62071294。

小型无人机或微小型无人机无论在军事领域还是民用领域都得到广泛的应用。在军事领域,可以用于战场的侦查、通信、打击、评估等。在民用领域,可以用于环境感知与数据采集、消防灭火、运输投递等任务。小型、微型无人机的优点在于:质量轻、体积小、便于携带、隐蔽性好、灵活性强、可以适用于山区、丛林、低空、城市、室内等复杂环境。其缺点在于:续航时间短,载荷能力弱,搭载任务的种类有限,在任务执行方面在执行大范围、远距离、长航时任务时具很大的挑战。无人机小型化与提高其任务执行能力之间是一对矛盾。

通过分解与组合可以对无人机的任务和资源分别进行解耦与分解,可以更好地完成任务间的协作与资源间的协作。通过小型无人机组合,可让任务的协作、资源的协作更加灵活高效;其功能也可以根据任务的需求,进行自由配置、拓展和加强;通过资源的复用和优化。
  在人员方面,本课题组目前有多位老师及十多个研究生、博士生在围绕可组合可分离式小型无人机系统展开研发。
  在场地方面:有三个可供无人机试飞及测试的室内场地。
  在设备方面:课题组已经研发出了三代用于空中组合的无人机测试机型,而且已经成功完成了两机的空中自主对接实验。
  这经费方面:课题组可以根据项目的需要,可提供充足的经费支持。
可组合可分离式小型旋翼无人机系统的一个典型的应用场景是为执行任务的无人机在空中的进行资源补给,最为典型的资源为能量资源。其基本都原理是:执行任务的无人机(UAV-T)在执行任务时,如果资源短缺,可以通知地面的补给站点的资源无人机(UAV-R),并告知UAV-T的位置信息,UAV-R飞抵UAV-T,在空中通过物理上的对接,从而完成资源补给。当补给任务完成以后,UAV-R将返回地面站,再次携带用于补给的资源,等待下一次的补给任务。该方案的有很多优点,但是也有缺点,也即在执行远距离或大范围任务时,需要在UAV-T的路径上布置若干个补给站点,才能满足其资源补给点需要。为此,我们拟在地面设置移动的补给站点,这样UAV-R可以往返于UAV-T和移动的地面站点,动态地为UAV-T补给资源(如能量)。从而可以有效地提高UAV-R的补给效率。

本课题将就可组合可分离式小型旋翼无人机空地协同路径规划技术展开研究,拟采用强化学习及相关技术对相关问题进行求解,并拟部署到实际的系统上。

选题成员

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指导教师

序号 教师姓名 电子邮箱 所属学院
1 熊箭 登录状态下查看 电子信息与电气工程学院 第一指导教师

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结束