一种基于改进人工势场法的无人船路径规划方法技术

本发明专利技术涉及一种基于改进人工势场法的无人船路径规划方法，本发明专利技术包括：在传统人工势场法基础上，针对复杂的海洋环境和大多数障碍物形状不规则，改变其对障碍物视为质点的设置，对障碍物进行膨胀化处理并预留出转向区；当传统人工势场法构建的引力与斥力共线且方向相反时，无人船提前在转向区内进行转向，解决无人船路径规划陷入局部极小点问题；考虑到无人船实际应用的情况，避免在路径规划过程中合力方向突变和转角变化过大导致路径突变的问题，并加入无人船自身最大转角和最大角加速度限制，从而保证规划的路径能够顺利避障同时达到无人船转角变化小的效果。

【技术实现步骤摘要】
一种基于改进人工势场法的无人船路径规划方法
本专利技术涉及一种基于改进人工势场法的无人船路径规划方法，属于海洋无人器运动操纵及路径规划领域。
技术介绍
目前，以无人船为代表的无人系统正在快速发展，大量无人系统被研制出来投入使用。但是无人船运动操纵的路径规划研究尚不成熟。常用的路径规划方法有模拟退火算法、模糊逻辑算法、禁忌搜索算法、A*算法、人工势场法等。人工势场法较其他算法而言，具有运算时间短、实时性强、硬件适配性好等方面的优势。但是传统人工势场法在无人船运动操纵及路径规划领域的应用有如下问题：(1)障碍物建模问题，无人船在复杂的海面航行，将障碍物视为质点，规划出的路径难以达到最优；(2)局部极小点问题，容易让无人船陷入局部震荡，导致目标不可达；(3)转角变化剧烈问题，无人船在实际航行过程中，转角变化要连续，不能突变，且不能超过无人船的最大转角。综上所述，如何解决传统人工势场法在考虑无人船实际航行情况下的应用成为亟待解决的难点。
技术实现思路
本专利技术的目的是提出一种基于改进人工势场本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.本专利技术设计了一种基于改进人工势场法的无人船路径规划方法，解决传统人工势场法应用在无人船路径规划中的障碍物建模理想化、易陷入局部极小点和转角变化剧烈等问题，其特征是：/n步骤1：/n建立地图中障碍物的圆形等效模型，将障碍物膨胀处理，预留出转向区，进行相关参数设置，然后进入步骤2；/n步骤2：/n判断无人船是否到达目标点，是则结束，否则进入步骤3；/n步骤3：/n构建引力函数：/nF

【技术特征摘要】
1.本发明设计了一种基于改进人工势场法的无人船路径规划方法，解决传统人工势场法应用在无人船路径规划中的障碍物建模理想化、易陷入局部极小点和转角变化剧烈等问题，其特征是：
步骤1：
建立地图中障碍物的圆形等效模型，将障碍物膨胀处理，预留出转向区，进行相关参数设置，然后进入步骤2；
步骤2：
判断无人船是否到达目标点，是则结束，否则进入步骤3；
步骤3：
构建引力函数：
Fg(x)＝k·d(x,xgoal)(1)
式中：Fg(x)为引力函数，k为引力系数，x为无人船当前位置，xgoal为目标点位置，d(x,xgoal)是一个矢量，模长为无人船当前位置与目标点之间的距离，方向为无人船指向目标点，引力函数Fg(x)对无人船产生引力，在引力作用下，无人船前往目标点；
构建斥力函数：



式中：Fo(x)为斥力函数，n为斥力系数，xobs为障碍物位置，d0为障碍物的影响半径，d(x,xobs)是一个矢量，模长为无人船当前位置与障碍物之间的距离，方向为障碍物指向无人船，|d(x,xobs)|为d(x,xobs)的模长，当无人船在障碍物的影响半径d0内，斥力函数Fo(x)对其产生斥力，让其远离障碍物，然后进入步骤4；
步骤4：
判断引力和斥力是否共线且方向相反，是则进入步骤5，否则进入步骤8；
步骤5：
此时无人船在转向区内，为了摆脱局部极小点，躲避障碍物，构建转角公式：



式中：θ为无人船在转向...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙明晓，原张杰，栾添添，谢春旺，胡占永，王万鹏，付强，张文玉，
申请(专利权)人：哈尔滨理工大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23