The invention discloses an optimal path planning and obstacle avoidance design method for an underwater vehicle, which is based on the combination of binary reactor acceleration algorithm, 26-neighborhood NA* algorithm and arc-straight-arc turning strategy for underwater vehicle optimal path planning and obstacle avoidance. The invention first establishes the underwater environment model by discrete three-dimensional grid graph, which divides the underwater environment into several cells of the same size; then uses 26-neighborhood NA* algorithm to plan the path, eliminating the sawtooth effect of the path and avoiding partial collision; and then applies the \arc-straight line-arc\ turning strategy to avoid the influence of the body width and turning radius of the vehicle. The advantages of the present invention are that a 26-neighborhood NA* algorithm for three-dimensional scene is proposed and applied to autonomous navigation of underwater vehicle. Considering and utilizing the characteristics of large turning radius of underwater vehicle, collision caused by the width of the vehicle itself is effectively avoided, and the planned path is smoother with fewer turning points.
【技术实现步骤摘要】
一种水下航行器的最优路径规划与避障设计方法
本专利技术涉及一种最优路径规划方法,尤其涉及一种水下航行器的最优路径规划与避障设计方法。
技术介绍
传统A*算法是结合BFS算法(Breadth-FirstSearch算法)和Dijkstra算法(最短路径算法)的优点发展而来,依据8邻域搜索节点,是一种全局路径规划方法,针对于二维场景。但传统A*算法未考虑航行器本体宽度。同时,由于传统A*算法依据多邻域搜索节点,所以会产生锯齿效应,所规划路径折线长、拐点多。传统A*算法只针对二维环境,将A*算法扩展为可在水下三维环境中应用的NA*算法进行水下航行器最优路径规划,并且同时满足路径最优、拐点少、无碰撞的要求,在国内外鲜有报道。
技术实现思路
专利技术目的:针对以上问题,本专利技术提出一种水下航行器的最优路径规划与避障设计方法,该方法所规划路径满足平滑要求且能避免因为航行器自身宽度造成的碰撞,可以有效减少所规划路径拐点,实现水下环境最优路径规划与自主导航。技术方案:为实现本专利技术的目的,本专利技术所采用的技术方案是:一种水下航行器的最优路径规划与避障设计方法,包括步骤:(1)将水下环境建立离散三维网格图;(2)基于三维场景利用NA*算法获取最佳路径;(3)利用“圆弧-直线-圆弧”转弯策略进行导航。进一步地,所述步骤1中,采用离散网格图将水下环境划分为若干个相同大小的深色单元格和透明单元格;深色单元格表示障碍物,透明单元格表示无障碍物空间。进一步地,所述步骤2中,NA*算法是通过选择合适的估价准则,综合判断所需搜索节点的代价值大小,并根据评估大小,选择权值最小节点进行下步 ...
【技术保护点】
1.一种水下航行器的最优路径规划与避障设计方法,其特征在于,包括步骤:(1)将水下环境建立离散三维网格图;(2)基于三维场景利用NA*算法获取最佳路径;(3)利用“圆弧‑直线‑圆弧”转弯策略进行导航。
【技术特征摘要】
1.一种水下航行器的最优路径规划与避障设计方法,其特征在于,包括步骤:(1)将水下环境建立离散三维网格图;(2)基于三维场景利用NA*算法获取最佳路径;(3)利用“圆弧-直线-圆弧”转弯策略进行导航。2.根据权利要求1所述的水下航行器的最优路径规划与避障设计方法,其特征在于,所述步骤1中,采用离散网格图将水下环境划分为若干个相同大小的深色单元格和透明单元格;深色单元格表示障碍物,透明单元格表示无障碍物空间。3.根据权利要求2所述的水下航行器的最优路径规划与避障设计方法,其特征在于,所述步骤2中,NA*算法是通过选择合适的估价准则,综合判断所需搜索节点的代价值大小,并根据评估大小,选择权值最小节点进行下步操作,直至到达目标节点。4.根据权利要求3所述的水下航行器的最优路径规划与避障设计方法,其特征在于,所述步骤3中,水下航行器的每一次转弯路径都由固定的第一段圆弧、中间处的直线段和第二段圆弧共三段组成。5.根据权利要求1或4所述的水下航行器的最优路径规划与避障设计方法,其特征在于,所述水下航行器的最优路径规划与避障设计方法采用二叉堆加速算法。6.根据权利要求5所述的水下航行器的最优路径规划与避障设计方法,其...
【专利技术属性】
技术研发人员:黄浩乾,史仍笃,周军,王冰,刘志强,黄铁,伍光胜,
申请(专利权)人:河海大学,
类型:发明
国别省市:江苏,32
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