Collaborative Obstacle Avoidance for UAV Swarms Based on Improved Artificial Potential Field Method

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作者
Yue Ping Han,Luji Guo,Chenbo Zhao,Meini Yuan,Peng Chen
出处
期刊:Eng [MDPI AG]
卷期号:7 (1): 10-10
标识
DOI:10.3390/eng7010010
摘要

This paper addresses the issues of target unreachability and local optima in traditional artificial potential field (APF) methods for UAV swarm path planning by proposing an improved collaborative obstacle avoidance algorithm. By introducing a virtual target position function to reconstruct the repulsive field model, the repulsive force exponentially decays as the UAV approaches the target, effectively resolving the problem where excessive obstacle repulsion prevents UAVs from reaching the goal. Additionally, we design a dynamic virtual target point generation mechanism based on mechanical state detection to automatically create temporary target points when UAVs are trapped in local optima, thereby breaking force equilibrium. For multi-UAV collaboration, intra-formation UAVs are treated as dynamic obstacles, and a 3D repulsive field model is established to avoid local optima in planar scenarios. Combined with a leader–follower control strategy, a hybrid potential field position controller is designed to enable rapid formation reconfiguration post-obstacle avoidance. Simulation results demonstrate that the proposed improved APF method ensures safe obstacle avoidance and formation maintenance for UAV swarms in complex environments, significantly enhancing path planning reliability and effectiveness.
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