【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及海洋能驱动机器人全局路径规划方法及规划系统。
技术介绍
1、为了满足人类对海洋环境长时间、大范围的观探测需求，各国研制出了众多移动式长续航无人海洋观探测平台，包含海洋能驱动机器人、水下滑翔机和常规能源驱动机器人等丰富的海洋机器人。该类平台具有长续航、监测范围广、低成本等突出优势，在极端环境观测、广域海-气界面测量、组网监测等方面均取得了成功应用，逐渐成为一类不可或缺的新型移动观测手段和装备，极大促进了深远海观测、海洋防灾减灾等领域的发展。
2、在海洋能驱动机器人类型中跨域型海洋能驱动机器人优势又更为突出，美国ocean aero公司研制的“submaran s10”和“trition”号跨域型海洋能驱动机器人由风能和太阳能驱动，可实现水面与水下航行的双重功能。
3、由于跨域型海洋能驱动机器人能源捕获和航态切换的独特性，为使机器人能够成功完成高海况环境下任务作业，需要通过获取环境信息作为路径规划的指引，结合机器人不同时刻的航行状态，实现跨域型海洋能驱动机器人的长时间安全作业。而现有航态切换模式下跨域型海洋能驱动机器人在远距离航行过程中的路径规划方法只考虑了固定航行状态下的路程或能源最优问题。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是为了解决航态切换模式下跨域型海洋能驱动机器人在远距离航行过程中的路径规划问题，现有的规划方法只考虑了固定航行状态下的路程或能源最优问题，没有考虑机器人的航态切换而导致续航能力差的问题，而提出跨域型海洋能驱动机器人全局路径规
2、跨域型海洋能驱动机器人全局路径规划方法具体过程为：
3、步骤一：获取跨域型海洋能驱动机器人航行区域的海洋环境信息；
4、所述海洋环境信息包括航行区域的海风、海浪、海流、太阳辐射信息以及航行区域的海洋环境地图；
5、步骤二：初始化海洋环境地图；
6、步骤三：初始化跨域型海洋能驱动机器人能源储备值和航行状态，基于航行状态计算海域栅格内机器人的能源消耗功率和能量转化功率；
7、步骤四：根据栅格存储的信息，计算跨域型海洋能驱动机器人在栅格内不同航行方向的航行速度；
8、所述栅格存储的信息为航行区域的海风、海浪、海流、太阳辐射信息；
9、步骤五：自起始栅格起，基于theta*算法原理，计算拓展栅格的代价值，将代价值最低的拓展栅格加入规划路径，直到加入目标栅格，完成路径规划，跨域型海洋能驱动机器人按照规划路径航行。
10、跨域型海洋能驱动机器人全局路径规划系统包括：环境感知模块、信息数据处理模块、定位模块、速度预报模块、路径规划模块；
11、所述环境感知模块用于获取跨域型海洋能驱动机器人航行区域的海洋环境信息；
12、所述海洋环境信息包括航行区域的海风、海浪、海流、太阳辐射信息以及航行区域的海洋环境地图；
13、所述信息数据处理模块用于初始化海洋环境地图；初始化跨域型海洋能驱动机器人能源储备值和航行状态，基于航行状态计算海域栅格内机器人的能源消耗功率和能量转化功率；
14、所述定位模块用于通过北斗一体机、组合导航得到机器人位姿信息；
15、所述速度预报模块用于根据环境感知模块和定位模块获得的信息，计算跨域型海洋能驱动机器人在栅格内不同航行方向的航行速度；
16、所述路径规划模块用于自起始栅格起，基于theta*算法原理，计算拓展栅格的代价值，将代价值最低的拓展栅格加入规划路径，直到加入目标栅格，完成路径规划，跨域型海洋能驱动机器人按照规划路径航行。
17、本专利技术的有益效果为：
18、本专利技术涉及海洋机器人
，目的是为了解决航态切换模式下跨域型海洋能驱动机器人在航行过程中的可持续航行的全局路径规划问题。方法具体通过考虑海风、海浪、海流以及太阳辐射等影响，得到机器人的能源消耗功率和能量转化功率，并通过能源消耗功率和能量转化功率得到实际能源消耗，依据机器人当前航行状态，根据能源消耗(路程累加)和能源预估消耗(路程预估累加)得到考虑航态切换的能源评估函数值(路程评估函数值)。最后，通过构建的栅格地图，采用改进的theta*算法完成跨域型海洋能驱动机器人全局路径规划。
19、针对具有水面和水下跨介质作业能力的跨域型海洋能驱动机器人全局路径规划问题，需要结合航行状态综合评价路程和能耗之间的关系，规划出可持续航行路径规划方案。
20、本专利技术的目的是利用跨域型海洋能驱动机器人搭载的波浪翼、风帆直接获得动力，并协助太阳能板进行海上太阳能的捕获，通过能源消耗和能量捕获关系并依托航态切换，完场全局路径规划，确保跨域型海洋能驱动机器人在海上的可持续航行。
21、本专利技术基于机器人搭载的动力装置，建立了能源消耗模型和能量捕获模型，栅格消耗评估值计算的时候考虑到机器人的航行状量，以确保跨域型海洋能驱动机器人安全的情况下可持续航行。
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1.跨域型海洋能驱动机器人全局路径规划方法，其特征在于：所述方法具体过程为：
2.根据权利要求1所述的跨域型海洋能驱动机器人全局路径规划方法，其特征在于：所述步骤一中跨域型海洋能驱动机器人装载有波浪翼、风帆、太阳能板装置；
3.根据权利要求2所述的跨域型海洋能驱动机器人全局路径规划方法，其特征在于：所述步骤二中初始化海洋环境地图；具体过程为：
4.根据权利要求3所述的跨域型海洋能驱动机器人全局路径规划方法，其特征在于：所述海况等级确定过程为：
5.根据权利要求4所述的跨域型海洋能驱动机器人全局路径规划方法，其特征在于：所述步骤三中初始化跨域型海洋能驱动机器人能源储备值和航行状态，基于航行状态计算海域栅格内机器人的能源消耗功率和能量转化功率；具体过程为：
6.根据权利要求5所述的跨域型海洋能驱动机器人全局路径规划方法，其特征在于：所述步骤五中自起始栅格起，基于Theta*算法原理，计算拓展栅格的代价值，将代价值最低的拓展栅格加入规划路径，直到加入目标栅格，完成路径规划，跨域型海洋能驱动机器人按照规划路径航行；具体过程为：<...
【技术特征摘要】
1.跨域型海洋能驱动机器人全局路径规划方法，其特征在于：所述方法具体过程为：
2.根据权利要求1所述的跨域型海洋能驱动机器人全局路径规划方法，其特征在于：所述步骤一中跨域型海洋能驱动机器人装载有波浪翼、风帆、太阳能板装置；
3.根据权利要求2所述的跨域型海洋能驱动机器人全局路径规划方法，其特征在于：所述步骤二中初始化海洋环境地图；具体过程为：
4.根据权利要求3所述的跨域型海洋能驱动机器人全局路径规划方法，其特征在于：所述海况等级确定过程为：
5.根据权利要求4所述的跨域型海洋能驱动机器人全局路径规划方法，其特征在于：所述步骤三中初始化跨域型海洋能驱动机器人能源储备值和航行状态，基于航行状态计算海域栅格内机器人的能源消耗功率和能量转化功率；具体过程为：
6.根据权利要求5所述的跨域型海...
【专利技术属性】
技术研发人员：廖煜雷，赵永波，唐浩天，张拓圣，马腾，李晔，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：
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