一種智能水下機器人的自主避障方法技術

本發(fā)明專利技術涉及一種智能水下機器人避障方法，具體是一種將水下機器人運動目標、障礙物和水下機器人控制性能進行統(tǒng)一考慮來實現避障的方法。本發(fā)明專利技術包括以下步驟：根據作業(yè)任務和海圖數據庫信息進行全局路徑規(guī)劃；讀取水下機器人運動傳感器信息、避碰聲納數據信息；計算水下機器人警戒安全距離，建立水下機器人安全虛擬外殼；判斷是否需要避障；判斷是否達到目標，若到達目標，任務完成。本發(fā)明專利技術將水下機器人速度息的影響引入機器人避障策略中，將水下機器人局部避碰規(guī)劃與控制、水動力性能相結合，制定的避障策略能夠反映智能水下機器人動態(tài)避障能力，提高了水下機器人的生存能力。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種智能水下機器人避障方法，具體是一種將水下機器人運動目標、障礙物和水下機器人控制性能進行統(tǒng)一考慮來實現避障的方法。
技術介紹
智能水下機器人在海洋科學研究、海洋開發(fā)、水下工程以及軍事等方面都有廣泛的應用前景。智能水下機器人一般工作在復雜海洋環(huán)境下，為了更好地完成各種作業(yè)使命和其自身生命安全，其需要具有自主避障的能力，能夠對周圍環(huán)境障礙物可能造成碰撞危險進行感知并做出相應響應。水下機器人的自主避障方式有很多種，如勢場法、模糊避碰法等等。勢場法是一種虛擬力法，其基本思想是將機器人在環(huán)境中的運動視為一種虛擬的受力場中的運動。障礙物對機器人產生斥力，目標點產生引力，引力和斥力的合力作為機器人的加速力，控制機器人的運動方向和機器人的位置。該方法結構簡單，便于底層的實時控制、實時避障，但其僅僅根據一些相對距離來確定控制力的大小比較粗糙，并且存在局部最優(yōu)解的問題，容易產生死鎖現象。近些年一些學者將模糊推理的思想引入水下機器人避障技術方法中，其原理就是基于實時傳感器信息的模糊邏輯參考人的經驗，通過查表得到規(guī)劃信息，實現局部路徑規(guī)劃，該方法克服了勢場法易產生的局部極小問題，適用于時變未知環(huán)境下的路徑規(guī)劃，實時性較好，取得了一些成果，其缺點是人的經驗不一定完備的，輸入量增多時，推理規(guī)則和模糊表會急劇膨脹。但大多都未能夠充分考慮水下機器人的動力學模型與運動控制能力，因此將這些因素引入其避障策略中使其能夠真實反映動態(tài)避障能力使之安全可靠地執(zhí)行各種作業(yè)任務具有重要的意義。2001年5月《機器人》第23卷第3期的“基于運動平衡點的水下機器人自主避障方式”提出將水下機器人的自主避障規(guī)劃和運動控制結合起來的自主避障規(guī)劃方法。但該方法在確定運動平衡點安全距離時雖然考慮了水下機器人的運動控制性能等因素，但其設計的安全距離值是一個定值，尤其沒有考慮水下機器人速度對避障能力的影響，并且在考慮水下機器人的運動控制能力時也認為是一成不變的，這些其實并不能真實反應水下機器人在實際工作中的動態(tài)變化情況。
技術實現思路
本專利技術的目的在于提供一種考慮水下機器人動力學模型與運動控制能力的智能水下機器人避障方法。本專利技術的目的是這樣實現的智能水下機器人的自主避障方法，包括以下步驟(I)根據作業(yè)任務和海圖數據庫信息進行全局路徑規(guī)劃；(2)讀取水下機器人運動傳感器信息、避碰聲納數據信息；(3)計算水下機器人警戒安全距離，建立水下機器人安全虛擬外殼；(4)判斷是否需要避障，若需要避障，執(zhí)行避障策略，重新執(zhí)行步驟(2)，若不需要避障，繼續(xù)執(zhí)行步驟(5);(5)判斷是否達到目標，若未到達目標重新執(zhí)行步驟(2)，若到達目標，任務完成。將水下機器人的速度矢量信息引入所述的警戒安全距離，以安全警戒距離點構建水下機器人安全虛擬外殼，水下機器人第i個自由度安全警戒距離Iii為hj = hi0+ a j · Vi其中，hi(l，為水下機器人第i個自由度的靜態(tài)避碰安全警戒距離，代表機器人縱向、橫向和垂向，Vi為水下機器人第i個自由度方向上速度，由度方向上速度敏感系數。所述的避障策略包括遠距離制導和近距離逼近與定位兩部分I)障礙物和目標點均在警戒距離以外，進行遠距離制導 exi = 1,2,3 分別a i為第i個自權利要求1.，其特征在于包括以下步驟 (1)根據作業(yè)任務和海圖數據庫信息進行全局路徑規(guī)劃； (2)讀取水下機器人運動傳感器信息、避碰聲納數據信息； (3)計算水下機器人警戒安全距離，建立水下機器人安全虛擬外殼； (4)判斷是否需要避障，若需要避障，執(zhí)行避障策略，重新執(zhí)行步驟(2)，若不需要避障，繼續(xù)執(zhí)行步驟(5)； (5)判斷是否達到目標，若未到達目標重新執(zhí)行步驟(2)，若到達目標，任務完成。2.根據權利要求1所述的，其特征在于將水下機器人的速度矢量信息引入所述的警戒安全距離，以安全警戒距離點構建水下機器人安全虛擬外殼，水下機器人第i個自由度安全警戒距離Iii為 hi = hi0+ a j · Vi 其中，hi(l，為水下機器人第i個自由度的靜態(tài)避碰安全警戒距離，i = 1，2，3分別代表機器人縱向、橫向和垂向，Vi為水下機器人第i個自由度方向上速度，a i為第i個自由度方向上速度敏感系數。3.根據權利要求1或2所述的，其特征在于所述的避障策略包括遠距離制導和近距離逼近與定位兩部分 O障礙物和目標點均在警戒距離以外，進行遠距離制導4.根據權利要求1或2所述的，其特征在于所述艏向角偏差ev的修正值為5.根據權利要求3所述的，其特征在于所述艏向角偏差6￥的修正值為全文摘要本專利技術涉及一種智能水下機器人避障方法，具體是一種將水下機器人運動目標、障礙物和水下機器人控制性能進行統(tǒng)一考慮來實現避障的方法。本專利技術包括以下步驟根據作業(yè)任務和海圖數據庫信息進行全局路徑規(guī)劃；讀取水下機器人運動傳感器信息、避碰聲納數據信息；計算水下機器人警戒安全距離，建立水下機器人安全虛擬外殼；判斷是否需要避障；判斷是否達到目標，若到達目標，任務完成。本專利技術將水下機器人速度息的影響引入機器人避障策略中，將水下機器人局部避碰規(guī)劃與控制、水動力性能相結合，制定的避障策略能夠反映智能水下機器人動態(tài)避障能力，提高了水下機器人的生存能力。文檔編號G05D1/10GK102999050SQ20121053947公開日2013年3月27日 申請日期2012年12月13日 優(yōu)先權日2012年12月13日專利技術者孫玉山, 萬磊, 龐永杰, 李岳明, 張國成, 張英浩, 李成濤 申請人:哈爾濱工程大學本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種智能水下機器人的自主避障方法，其特征在于包括以下步驟：（1）根據作業(yè)任務和海圖數據庫信息進行全局路徑規(guī)劃；（2）讀取水下機器人運動傳感器信息、避碰聲納數據信息；（3）計算水下機器人警戒安全距離，建立水下機器人安全虛擬外殼；（4）判斷是否需要避障，若需要避障，執(zhí)行避障策略，重新執(zhí)行步驟（2），若不需要避障，繼續(xù)執(zhí)行步驟（5）；（5）判斷是否達到目標，若未到達目標重新執(zhí)行步驟（2），若到達目標，任務完成。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：孫玉山，萬磊，龐永杰，李岳明，張國成，張英浩，李成濤，
申請(專利權)人：哈爾濱工程大學，
類型：發(fā)明
國別省市：