一种基于RRT算法的水面无人艇路径规划方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术属于无人艇路径规划领域，具体涉及一种基于RRT算法的水面无人艇路径规划方法和装置，包括：采用RRT算法选择从起始点到目标点的各路径节点，实现无人艇路径规划，其中在选择每个路径节点时，在基于当前路径节点的用于对下一路径节点进行随机采样的采样区域随机取点，并从满足转角值约束的若干候选节点中基于代价函数择优，作为下一路径节点；代价函数为从当前路径节点到候选节点的航行能耗、两个节点间的路径长度以及两节点处无人艇船头朝向之间的转角值三者的线性加权；航行能耗和船头朝向均通过无人艇在实际环境因素作用下的运动学模型计算得到。本发明专利技术考虑实际环境因素，使无人艇在指定目标点间依据能耗较低原则实现路径规划与避障。实现路径规划与避障。实现路径规划与避障。

【技术实现步骤摘要】
一种基于RRT算法的水面无人艇路径规划方法和装置


[0001]本专利技术属于无人艇路径规划领域，更具体地，涉及一种基于RRT算法的水面无人艇路径规划方法和装置。

技术介绍

[0002]无人水面艇(Unmanned Surface Vessel，USV)是现代多种水域应用下的重要执行工具，在港口导航、救援、环境控制、军事等方面有重要应用价值。对无人水面艇的路径规划是其完成指定任务的必要前提，优化路径规划的算法，能够使得无人水面艇尽可能快速、安全、长时间的运行。
[0003]快速扩展随机树(Rapidly
‑
exploring Random Trees，RRT)算法是近十几年得到广泛发展与应用的基于采样的运动规划算法，具有生成速度快，适应性强等诸多优点。根据RRT的采样思想，连接一系列从无障碍的空间中随机采样的点，适合解决多自由度无人水面艇在复杂环境下和动态环境中的路径规划问题，从而建立一条从初始状态到目标状态的路径。面向USV的工作场景，主要有以下三个问题：
[0004](1)为保障概率完备性，RRT算法在大范围本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于RRT算法的水面无人艇路径规划方法，其特征在于，包括：采用RRT算法选择从起始点到目标点的各路径节点，实现无人艇路径规划，其中在选择每个路径节点时，在基于当前路径节点的用于对下一路径节点进行随机采样的采样区域随机取点，并从满足转角值约束的若干候选节点中基于代价函数择优，作为下一路径节点；所述代价函数为从当前路径节点到候选节点的航行能耗、两个节点间的路径长度以及两节点处无人艇船头朝向之间的转角值三者的线性加权；所述航行能耗和所述船头朝向均通过无人艇在实际环境因素作用下的运动学模型计算得到。2.根据权利要求1所述的水面无人艇路径规划方法，其特征在于，将当前路径节点ξ
init
在全局坐标系{e}的状态信息描述为：ξ
init
:将候选节点ξ
new
在全局坐标系{e}的状态信息描述为：ξ
new
:x、y和β分别表示横纵坐标值以及船头朝向与横轴的夹角；所述运动学模型为：式中，和α分别表示当前实际环境中位于全局坐标系{e}的水流速度矢量及其方向；为水面无人艇在静水中的速度；v
b
表示期望的合速度，方向沿坐标系{b}的x轴正方向，该x轴正方向为当前路径节点ξ
init
与候选节点ξ
new
的连线方向；λ为当前路径节点ξ
init
至候选节点ξ
new
的几何角度。3.根据权利要求2所述的水面无人艇路径规划方法，其特征在于，所述转角值的确定方式为：式中，为船头朝向在候选节点相对当前路径节点的转角值；所述转角值约束为：式中ε
β
为水面无人艇的最大转角，为已知量。4.根据权利要求2所述的水面无人艇路径规划方法，其特征在于，从当前路径节点到候选节点的航行能耗式中，f
w,s
表示无人艇受到的水流阻力f
w
在方向上的投影值，方向上的投影值，
为v
r
与x
v
方向的夹角，为水流相对于无人艇的速度，分别为v
r
在以无人艇在静水中的速度方向为正方向所构建的坐标系{v}中横纵坐标轴上的投影速度，d为ξ
init
到ξ
new
的欧氏距离，C
wind
为风阻系数，ρ
a
为空气密度，v
wind
为风速，S
w
为无人艇的迎风面积，ψ为风速方向与水平方向的夹角，大小为[0,2π]，ρ0为水的密度，C
aq
与C
f
分别为附体阻力系数与流体摩擦阻力系数，S
s
为无人艇在v
r
方向的投影面积，且无人艇受到的流体阻力方向沿v
r...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢远龙，吴志渊，毛瑞琪，胡一杨，胡智文，艾琪，吴昊，蒋立泉，王书亭，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：