一种基于圆形轨迹单元的无人艇避障方法技术

本发明专利技术公开了一种基于圆形轨迹单元的避障方法。该方法能够很好的将无人艇的动态特性与避障过程结合。首先，圆弧网格允许无人艇候选航向和路径点在弧上有连续变化，这与连续运动曲线有较好的相关性。其次，利用圆形网格树搜索的结构，解决了空间完全覆盖问题。轨迹单元将轨迹约束添加到空间搜索过程中，实现了运动曲线和避障的结合。最后，通过标准化规则解决了轨迹的离散化和维持最终路径连续性的问题。本发明专利技术方法提供了一种新的运动规划避障方法，应用该方法能很好地避碰静态和动态障碍物，避碰路径不仅符合无人艇的动态特性，而且为无人艇的操纵提供操舵指令，从而助力实现水面无人艇精确运动规划。

An obstacle avoidance method of unmanned boat based on circular trajectory element

【技术实现步骤摘要】
一种基于圆形轨迹单元的无人艇避障方法
本专利技术涉及智能航海领域，具体是一种基于圆形轨迹单元的无人艇避障方法。
技术介绍
对于无人驾驶车辆、船舶等，安全是执行任务首要解决的问题。避免碰撞是安全行驶的关键。对于欠驱动系统，如无人地面车辆(UGV)，无人驾驶飞行器(UAV)和无人驾驶水面无人艇(USV)，避碰的研究需要考虑运动学和动力学约束。因此，在无人驾驶中讨论的一个关键问题是运动规划避碰。一般来说，无人艇的运动规划避碰中存在两个问题需要解决：地图建模和避碰算法。地图建模是避碰算法的基础。如果没有适当和准确的地图表示，则避碰算法无法充分发挥作用。水面无人艇与无人驾驶车辆或无人机相比，水面无人艇所处的环境更复杂。首先，无人车或无人机的运动总是处于一种媒介中。但对于水面无人艇而言，其中作用环境有两种媒介，分别是水和空气。其次，无人艇运动有六个自由度，但只有两个控制变量(舵角和主发动机转速)。此外，由于水面的惯性，阻力和响应时间大于地面或空中的惯性，所以相应的阻力更大和响应时间更长。进一步的，如果在一些特殊的航行环境中，如港口和近海区域，可航行本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于圆形轨迹单元的无人艇避障方法，包括以下步骤：/n1)在地图划分圆网格树，生成圆形树状地图，确定无人艇运动路径的起点和终点；/n2)确定无人艇所处的实时路径点和艏向角；/n3)根据无人艇所处的实时路径点和艏向角、无人艇运动的轨迹单元以及障碍物所处的路径点，求取可达路径点；/n所述轨迹单元为圆形轨迹单元,所述轨迹单元的生成方式如下：/n3.1)利用MMG模型对无人艇进行运动建模，获得无人艇的运动轨迹；/n3.2)采用无人艇轨迹离散化规则对无人艇的运动轨迹进行约束；包括以下离散化规则：/n规则一：在轨迹段初始和结束时刻，无人艇的运动状态稳定且保持一致；/n规则二：每段轨迹的转舵次数不超过...

【技术特征摘要】
1.一种基于圆形轨迹单元的无人艇避障方法，包括以下步骤：
1)在地图划分圆网格树，生成圆形树状地图，确定无人艇运动路径的起点和终点；
2)确定无人艇所处的实时路径点和艏向角；
3)根据无人艇所处的实时路径点和艏向角、无人艇运动的轨迹单元以及障碍物所处的路径点，求取可达路径点；
所述轨迹单元为圆形轨迹单元,所述轨迹单元的生成方式如下：
3.1)利用MMG模型对无人艇进行运动建模，获得无人艇的运动轨迹；
3.2)采用无人艇轨迹离散化规则对无人艇的运动轨迹进行约束；包括以下离散化规则：
规则一：在轨迹段初始和结束时刻，无人艇的运动状态稳定且保持一致；
规则二：每段轨迹的转舵次数不超过一次；
规则三：所有轨迹段的起点和终点之间的距离是相同的；(对应圆网格半径)
规则四：所有轨迹段适应圆网格树地图；树的每一层中，当前点始终是圆的中心，并且下一个候选路径点总是位于该圆的圆弧上；
3.3)根据步骤3.1)和3.2)完成轨迹单元的建模过程，根据不同的目标航向产生运动曲线，并将90度作为最大航向变化，建立圆形轨迹单元库；
4)对所有的可达路径点进行路径代价计算，获得下一个路径点位置和对应的艏向角；
5)判断该路径点是否为运动路径的终点，若为终点，则输出最终路径，否则，将该路径点和对应的艏向角作为无人艇所处的实时路径点和艏向角，转入步骤2)。


2.根据权利要求1所述的基于圆形轨迹单元的无人艇避障方法，其特征在于，所述圆网格树地图中，通过船舶...

【专利技术属性】
技术研发人员：文元桥，杜哲，顾尚定，周春辉，肖长诗，黄亮，张帆，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42