近年来，旋翼无人机以其轻便、灵活，且成本低的特性在军用和民用领域均得到了广泛应用。然而，受限的续航能力成为旋翼无人机在各类应用中的瓶颈：首先，轻便、灵活的特点使得旋翼无人机无法携带太多的能源；其次，与固定翼无人机比较，旋翼无人机由于需要通过旋翼直接克服重力的机械特点，导致其本身的能耗较高。受制于当前的工业技术水平，改进旋翼无人机本身的续航能力是困难的。因此，当前的研究热点是如何通过改进旋翼无人机在应用中的使用方式来优化飞行能耗，以增强其续航能力。其目标在于增加旋翼无人机单次充能后的续航距离，以加强其在实际应用中的任务执行能力。
　　飞行遍历场景中的多个特定位置点是旋翼无人机在诸多应用中的主要任务，遍历路径是决定旋翼无人机飞行方式的关键。因此，通过路径规划来优化无人机的能耗就成为其应用中的主要能耗优化手段。现有针对旋翼无人机能耗优化的路径规划研究工作，往往仅以路径的距离特征为依据。然而，实际的飞行实验证明：旋翼无人机的能耗不仅与飞行距离有关，而且与飞行中的转弯情况也有关，并且以折线路径还是弧线路径转弯对飞行能耗的影响也是不同的。为此，本文在旋翼无人机的能耗优化路径规划方法研究中，除考虑路径的距离特征以外，还引入了转角（即航向改变前后的夹角）及弧半径与弧长等多种特征。
　　本文的主要工作及创新点如下：
　　1）提出了路径转角与距离特征融合的旋翼无人机折线路径能耗估计模型，并在此基础上进一步融合弧半径和弧长特征，提出了旋翼无人机弧线路径能耗估计模型，用于解决已有研究中仅用路径距离特征进行能耗估计导致估计不准确的问题。实际飞行实验表明，使用提出的能耗估计模型预测的能耗与实际飞行能耗接近，建立的模型是有效的。研究中还发现：旋翼无人机在折线飞行中，转角越大则转向带来的能耗越高；将一个大的转角等分为多个小的转角实现转向时，转向带来的能耗会降低；弧线作为转角等分的极限情况，是转相同角度下能耗更优的飞行路径形状。这些发现与能耗估计模型的提出为能耗优化的路径规划研究奠定了基础。
　　2）提出了一种转角与距离融合的旋翼无人机能耗优化路径规划方法。该方法通过使用1）中转角与距离融合的折线路径能耗估计模型，构造三维权矩阵，将旋翼无人机能耗优化路径规划问题建模为一个0-1整数线性规划问题，并结合贪心策略设计了相应路径规划算法进行模型求解。大量实验结果表明，与基于贪心策略的仅以距离特征估计能耗的路径规划方法相比，该方法可以找到更节能的路径。基于这些实验结果不难发现路径的转角对旋翼无人机的飞行能耗有不可忽视的影响。
　　3）提出了一种基于弧线的旋翼无人机能耗优化路径规划方法。该方法通过使用1）中的弧线路径能耗估计模型，将基于弧线的旋翼无人机能耗优化路径规划问题建模为一个混合整数非线性规划问题。并提出一种折线路径弧线化机制，然后结合2）中提出的路径规划策略，设计了两阶段弧线路径规划算法对问题求解。大量实验结果表明，不管是与基于贪心策略的仅以距离特征估计能耗的路径规划方法相比，还是与2）中的路径规划方法相比，该方法都能找到更节能的路径。同时，实验结果也说明，在环境稳定的情况下（如风速小于0.3米/秒等），通过将一个大转角分为若干小转角（极限情况就是弧线）实现转向，可以有效降低能耗，即一条适当的弧线路径比折线路径更节能。
　　4）提出了一种可持续充电的旋翼无人机能耗优化路径规划方法。针对大规模任务区域或任务量场景下，旋翼无人机不能在一次充满电后完成所有任务的情况，本文在任务区域内引入充电桩。充电桩位置和数量的确定与飞行能耗的综合优化就成为新挑战。针对该挑战，本文将结合充电桩部署的旋翼无人机能耗优化路径规划问题建模为一个0-1整数线性规划问题，并提出一种失败预测机制，结合贪心策略设计了预测路径规划算法对其求解，在获得能耗优化路径的同时，确定优化部署的充电桩数量和位置。大量实验结果表明，与使用多无人机协作或使用单无人机返回服务站充电的方法结合贪心策略找到的路径相比，该方法找到的路径更节能，路径距离也更短。同时该方法可以确定较少需要部署充电桩的位置。