艇运动学约束下的无人艇局部避障规划方法、系统、设备及介质技术方案

本发明专利技术公开了一种艇运动学约束下的无人艇局部避障规划方法、系统、设备及介质，包括步骤：根据无人艇安全航迹结束点和恢复点，初始化无人艇局部避障航路的搜索树；在航路空间中搜索新的位置点；判断无人艇运动到新的位置点是否符合艇的动力学要求；检测航路是否穿过障碍物；判断是否已到达安全航迹恢复点；根据无人艇的航行能力，为了保障航行的平滑性，对搜索树进行剪枝处理。该发明专利技术针对无人艇自主航行所需具备的局部避障规划能力需求，在机器人RRT算法的基础上，通过加强以无人艇运动学要求为约束条件的判断，以及保障航行平滑性的剪枝处理，实现满足无人艇实时避障要求的局部优化航路，保障无人艇安全平稳航行。保障无人艇安全平稳航行。保障无人艇安全平稳航行。

【技术实现步骤摘要】
艇运动学约束下的无人艇局部避障规划方法、系统、设备及介质


[0001]本专利技术属于无人艇的自主航行方法，特别是一种艇运动学约束下的无人艇局部避障规划方法、系统、设备及介质。

技术介绍

[0002]无人艇在自主航行中需要具备全局航路规划和局部避障规划的能力，全局航路规划是从任务需求(起点、目的点、任务内容)出发，在约束条件(航路经济性、水文气象干扰、地球曲率半径等)下，基于先验障碍物信息(安全区、人工装订障碍物、海图障碍物信息)，规划设计长距离全局航路；局部避障规划则是在无人艇按照全局航路航行过程中，遇到全局航路规划过程中未计入的障碍物，规划调整航速或航向，驶离原全局路径、躲避障碍物，在完成原目标任务的前提下，尽可能地确保快速安全航行。
[0003]现有局部避障规划方法可以分为基于图搜索的算法(包括稀疏A*算法搜索算法及Dijkstra算法等)以及随机算法(包括蚁群算法、RRT算法、粒子群算法、遗传算法、速度避障法等)。基于图搜索的算法往往需要对空间中障碍物进行确定描述及对障碍物以外的空间进行确定性建模，需要占用大量的计算时间，即存在算本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种艇运动学约束下的无人艇局部避障规划方法，其特征在于，包括步骤：步骤1、根据无人艇安全航迹结束点和恢复点，初始化无人艇局部避障航路的搜索树；步骤2、在航路空间中搜索新的位置点；步骤3、判断无人艇运动到新的位置点是否符合艇的动力学要求；步骤4、检测航路是否穿过障碍物；步骤5、判断是否已到达安全航迹恢复点；步骤6、根据无人艇的航行能力对搜索树进行剪枝处理。2.根据权利要求1所述的艇运动学约束下的无人艇局部避障规划方法，其特征在于：所述步骤1中根据无人艇安全航迹结束点和恢复点，初始化无人艇局部避障航路的搜索树，具体为：定义：无人艇全局规划航路上安全航迹结束点pt
begin
＝(x
begin
,y
begin
)，安全航迹恢复点pt
end
＝(x
end
,y
end
)，其中pt
begin
和pt
end
即为局部避障规划的起点和终点，障碍物列表为Obstacle＝{ob
i
},且0<i≤N，其中为正整数域，N为正整数，ob
i
＝[obx
i
,oby
i
,obr
i
]，obx
i
为障碍物i的形心x坐标，oby
i
为障碍物i的形心y坐标，obr
i
为障碍物i的外接圆半径；初始化以pt
begin
为根节点的搜索树：置Tree
avoid
＝{pt
begin
}，以及Tree
avoid
生长点pt
grow
为pt
begin
。3.根据权利要求2所述的艇运动学约束下的无人艇局部避障规划方法，其特征在于：所述步骤2中在航路空间中搜索新的位置点，具体为：步骤2
‑
1，根据pt
begin
和pt
end
之间的距离，设置初始搜索步长LS
org
，计算公式为：其中α为先验常数；步骤2
‑
2，在航行区域内随机生成一个点pt
random
；步骤2
‑
3，计算Tree
avoid
中距离pt
random
最近的点pt
near
，即使得为最小，对于步骤2
‑
4，计算离pt
near
最近障碍物的距离Dm
grow
：步骤2
‑
5，计算动态搜索步长LS
now
：其中μ、γ为先验常数；步骤2
‑
6，以pt
near
为父节点，向pt
random
延伸LS
now
，得到新的位置点pt
new
＝[x
new
,y
new
]，]，4.根据权利要求3所述的艇运动学约束下的无人艇局部避障规划方法，其特征在于：所
述步骤2中判断无人艇运动到新的位置点是否符合艇的动力学要求，具体为：步骤3
‑
1，从搜索树Tree
avoid
中查找到pt
near
的父节点pt
father
；步骤3
‑
2，采用三角公式计算得到线段pt
father
pt
near
与线段pt
near
pt
new
之间的夹角θ
turn
；步骤3
‑
3，若π
‑
θ
turn
<τ，则符合艇的动力学要求，转到步骤4；否则为不符合，转到步骤2
‑
2；其中τ为无人艇在当前航速下的最大转向角。5.根据权利要求4所述的艇运动学约束下的无人艇局部避障规划方法，其特征在于：所述步骤4中检测航路是否穿过障碍物，具体为：步骤4
‑
1，对于记obcenter
i
＝[obx
i
,oby
i
]为障碍物i形心；步骤4
‑
2，采用三角公式计算得线段pt
near
pt
new
与线段pt
near
obcenter
i
之间的夹角θ
target
；步骤4
‑
3，采用三角公式计算得pt
near
到ob
i
外接圆切线与线段pt
near
obcenter
i
之间夹角θ
cir...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡庆，孙世平，阴启玉，李锋，孔维玮，
申请(专利权)人：中国船舶集团有限公司第七一六研究所，
类型：发明
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