【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及水下机器人自动导航，具体而言涉及基于全局静态和局部动态的水下隧洞路径规划方法。
技术介绍
1、引水隧道广泛存在于大型水利水电工程中，其长度可达几十公里。其结构健康状态事关水利设施的安全，人们需要对水下隧道进行定期检测及维护。由于水下密闭的环境，人工检测作业费时费力且安全性差。为此，人们开始采用机器人对水下隧道进行检查作业，机器人作业过程中需要确定自身的位置并对行进路径进行规划，也就是机器人的水下导航与定位。
2、全局路径规划分为图搜索方法和采样方法两大部分，其中图搜索方法包括a*、dijkstra等，采样方法包括prm和rrt算法等；局部路径规划：主要有人工势场法和动态窗口法以及teb方法。全局路径规划无法实时进行路径规划，必须根据已有地图进行规划；局部路径规划容易陷入局部最优问题，且无法统筹全局，容易使规划的方向出现偏差，如何结合上述的全局路径规划和局部最优规划成为亟待解决的问题。
技术实现思路
1、本专利技术提出一种基于全局静态和局部动态的水下隧洞路径规划方法，包括以下步骤；
2、步骤1、全局路径规划：使用a*全局路径规划算法根据栅格地图中的代价值进行整体的全局路径规划，得出从起点到终点的第一航线；
3、步骤2、沿第一航线前进过程中，rov使用传感器获取周围的环境信息，在rov周围形成预警区域；
4、步骤3、当预警区域内出现障碍物，通过dwa局部路径规划得到绕过所述障碍物的第二航线；
5、步骤4、当预警区
6、步骤5、重复上述步骤2至步骤4，直至达到目标点；
7、其中，在步骤4中，控制rov与所出现的障碍物保持安全距离，并向前进方向上的第一航线中最近的航点前进。
8、优选的，在步骤1中，a*全局路径规划算法公式包括：
9、f(n)＝g(n)+h(n)；
10、g(n)是开始节点到当前节点实际的移动代价，h(n)是当前节点到目标节点的预估移动代价，f(n)是g(n)和h(n)代价的总和。
11、优选的，在步骤2中，所述传感器包括声呐或水下激光雷达。
12、优选的，在步骤2中，传感器所获得的点云数据通过slam技术建立栅格地图，栅格地图会对空闲区域和障碍物进行代价值区分，当代价值超出预设值时，判定为障碍物。
13、优选的，在步骤3中，确定rov的速度矢量空间，设全部可能的速度矢量为vs，全部可避障的速度矢量为va，全部符合加速度限制的速度矢量为vd，那么全部可行的速度矢量空间vr可表示为：
14、vr＝vs∩va∩vd
15、其次，在速度矢量空间vr中选取合适的速度使船舶能够实避障前进，因而建立评价函数：
16、g(v，w)＝σ(α.heading(v，w)+β·dist(v，w)+γ·vel(v，w))
17、其中，heading(v，w)为在该速度下到达预测点时，船舶的姿态与预期姿态的相似程度，表示为：
18、heading(v，w)＝1-|θ|/π
19、式中θ表示船舶用该速度到达预测位置时，船舶姿态和预期姿态的夹角；
20、dist(v，w)表示船舶当前位置与最近的障碍物之间的距离，船舶与障碍物的距离越大，则该函数评价越高，具体表示为：
21、dist(v，w)＝rγ
22、式中是预测轨迹半径，γ是旋转角度；
23、vel(v，w)为船舶的速度大小，速度越大，评价越高，具体表示为：
24、vel(v，w)＝v/vmax
25、式中v为线速度，vmax为期望的线速度最大值。
26、优选的，在步骤4中，水下rov由第二航线返回至第一航线过程中，以第二航线末端作为起点，在沿第一航线的正方向上，距离起点最近的航点作为终点。
27、优选的，在步骤1中，第一航线处于水下隧洞的中央位置。
28、与现有技术相比，本专利技术的优点在于：
29、本专利技术基于全局静态和局部动态的算法对水下隧洞的rov行驶路径进行规划，基于a*全局路径规划算法对整个地图的静态路径规划，在沿静态路径过程中，持续的对障碍物进行检测，当检测到障碍物时，在局部范围内切换为dwa局部路径规划算法进行路径规划，绕过障碍物，当rov周围的预警区域内没有障碍物后，返回预定航线通过选取前进方向上、距离当前位置最近的航点，航点全局路径规划产生的，选取该航点，驱使rov向该点前进即可，如此可由起始点行驶到终点，中间过程不会发生碰撞。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种水下基于全局静态和局部动态的水下隧洞路径规划方法，其特征在于，包括以下步骤；
2.根据权利要求1所述的基于全局静态和局部动态的水下隧洞路径规划方法，其特征在于，在步骤1中，A*全局路径规划算法公式包括：
3.根据权利要求1所述的基于全局静态和局部动态的水下隧洞路径规划方法，其特征在于，在步骤2中，所述传感器包括声呐或水下激光雷达。
4.根据权利要求3所述的基于全局静态和局部动态的水下隧洞路径规划方法，其特征在于，在步骤2中，传感器所获得的点云数据通过slam技术建立栅格地图，栅格地图会对空闲区域和障碍物进行代价值区分，当代价值超出预设值时，判定为障碍物。
5.根据权利要求1所述的基于全局静态和局部动态的水下隧洞路径规划方法，其特征在于，在步骤3中，确定ROV的速度矢量空间，设全部可能的速度矢量为vs，全部可避障的速度矢量为va，全部符合加速度限制的速度矢量为vd，那么全部可行的速度矢量空间vr可表示为：
6.根据权利要求1所述的基于全局静态和局部动态的水下隧洞路径规划方法，其特征在于，在步骤4中，水下ROV由第二
7.根据权利要求1所述的基于全局静态和局部动态的水下隧洞路径规划方法，其特征在于，在步骤1中，第一航线处于水下隧洞的中央位置。
...【技术特征摘要】
1.一种水下基于全局静态和局部动态的水下隧洞路径规划方法，其特征在于，包括以下步骤；
2.根据权利要求1所述的基于全局静态和局部动态的水下隧洞路径规划方法，其特征在于，在步骤1中，a*全局路径规划算法公式包括：
3.根据权利要求1所述的基于全局静态和局部动态的水下隧洞路径规划方法，其特征在于，在步骤2中，所述传感器包括声呐或水下激光雷达。
4.根据权利要求3所述的基于全局静态和局部动态的水下隧洞路径规划方法，其特征在于，在步骤2中，传感器所获得的点云数据通过slam技术建立栅格地图，栅格地图会对空闲区域和障碍物进行代价值区分，当代价值超出预设值时，判定为障碍物。
...
【专利技术属性】
技术研发人员：王文辉，叶复萌，陈满，彭煜民，李勇琦，李乐卿，曹禹，马一鸣，黄凡旗，
申请(专利权)人：南方电网调峰调频发电有限公司储能科研院，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。