一种智能水下机器人的自主避障方法技术

本发明专利技术涉及一种智能水下机器人避障方法，具体是一种将水下机器人运动目标、障碍物和水下机器人控制性能进行统一考虑来实现避障的方法。本发明专利技术包括以下步骤：根据作业任务和海图数据库信息进行全局路径规划；读取水下机器人运动传感器信息、避碰声纳数据信息；计算水下机器人警戒安全距离，建立水下机器人安全虚拟外壳；判断是否需要避障；判断是否达到目标，若到达目标，任务完成。本发明专利技术将水下机器人速度息的影响引入机器人避障策略中，将水下机器人局部避碰规划与控制、水动力性能相结合，制定的避障策略能够反映智能水下机器人动态避障能力，提高了水下机器人的生存能力。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种智能水下机器人避障方法，具体是一种将水下机器人运动目标、障碍物和水下机器人控制性能进行统一考虑来实现避障的方法。
技术介绍
智能水下机器人在海洋科学研究、海洋开发、水下工程以及军事等方面都有广泛的应用前景。智能水下机器人一般工作在复杂海洋环境下，为了更好地完成各种作业使命和其自身生命安全，其需要具有自主避障的能力，能够对周围环境障碍物可能造成碰撞危险进行感知并做出相应响应。水下机器人的自主避障方式有很多种，如势场法、模糊避碰法等等。势场法是一种虚拟力法，其基本思想是将机器人在环境中的运动视为一种虚拟的受力场中的运动。障碍物对机器人产生斥力，目标点产生引力，引力和斥力的合力作为机器人的加速力，控制机器人的运动方向和机器人的位置。该方法结构简单，便于底层的实时控制、实时避障，但其仅仅根据一些相对距离来确定控制力的大小比较粗糙，并且存在局部最优解的问题，容易产生死锁现象。近些年一些学者将模糊推理的思想引入水下机器人避障技术方法中，其原理就是基于实时传感器信息的模糊逻辑参考人的经验，通过查表得到规划信息，实现局部路径规划，该方法克服了势场法易产生的局部极小问题，适用于时变未知环境下的路径规划，实时性较好，取得了一些成果，其缺点是人的经验不一定完备的，输入量增多时，推理规则和模糊表会急剧膨胀。但大多都未能够充分考虑水下机器人的动力学模型与运动控制能力，因此将这些因素引入其避障策略中使其能够真实反映动态避障能力使之安全可靠地执行各种作业任务具有重要的意义。2001年5月《机器人》第23卷第3期的“基于运动平衡点的水下机器人自主避障方式”提出将水下机器人的自主避障规划和运动控制结合起来的自主避障规划方法。但该方法在确定运动平衡点安全距离时虽然考虑了水下机器人的运动控制性能等因素，但其设计的安全距离值是一个定值，尤其没有考虑水下机器人速度对避障能力的影响，并且在考虑水下机器人的运动控制能力时也认为是一成不变的，这些其实并不能真实反应水下机器人在实际工作中的动态变化情况。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种考虑水下机器人动力学模型与运动控制能力的智能水下机器人避障方法。本专利技术的目的是这样实现的智能水下机器人的自主避障方法，包括以下步骤(I)根据作业任务和海图数据库信息进行全局路径规划；(2)读取水下机器人运动传感器信息、避碰声纳数据信息；(3)计算水下机器人警戒安全距离，建立水下机器人安全虚拟外壳；(4)判断是否需要避障，若需要避障，执行避障策略，重新执行步骤(2)，若不需要避障，继续执行步骤(5);(5)判断是否达到目标，若未到达目标重新执行步骤(2)，若到达目标，任务完成。将水下机器人的速度矢量信息引入所述的警戒安全距离，以安全警戒距离点构建水下机器人安全虚拟外壳，水下机器人第i个自由度安全警戒距离Iii为hj = hi0+ a j · Vi其中，hi(l，为水下机器人第i个自由度的静态避碰安全警戒距离，代表机器人纵向、横向和垂向，Vi为水下机器人第i个自由度方向上速度，由度方向上速度敏感系数。所述的避障策略包括远距离制导和近距离逼近与定位两部分I)障碍物和目标点均在警戒距离以外，进行远距离制导 exi = 1,2,3 分别a i为第i个自权利要求1.，其特征在于包括以下步骤 (1)根据作业任务和海图数据库信息进行全局路径规划； (2)读取水下机器人运动传感器信息、避碰声纳数据信息； (3)计算水下机器人警戒安全距离，建立水下机器人安全虚拟外壳； (4)判断是否需要避障，若需要避障，执行避障策略，重新执行步骤(2)，若不需要避障，继续执行步骤(5)； (5)判断是否达到目标，若未到达目标重新执行步骤(2)，若到达目标，任务完成。2.根据权利要求1所述的，其特征在于将水下机器人的速度矢量信息引入所述的警戒安全距离，以安全警戒距离点构建水下机器人安全虚拟外壳，水下机器人第i个自由度安全警戒距离Iii为 hi = hi0+ a j · Vi 其中，hi(l，为水下机器人第i个自由度的静态避碰安全警戒距离，i = 1，2，3分别代表机器人纵向、横向和垂向，Vi为水下机器人第i个自由度方向上速度，a i为第i个自由度方向上速度敏感系数。3.根据权利要求1或2所述的，其特征在于所述的避障策略包括远距离制导和近距离逼近与定位两部分 O障碍物和目标点均在警戒距离以外，进行远距离制导4.根据权利要求1或2所述的，其特征在于所述艏向角偏差ev的修正值为5.根据权利要求3所述的，其特征在于所述艏向角偏差6￥的修正值为全文摘要本专利技术涉及一种智能水下机器人避障方法，具体是一种将水下机器人运动目标、障碍物和水下机器人控制性能进行统一考虑来实现避障的方法。本专利技术包括以下步骤根据作业任务和海图数据库信息进行全局路径规划；读取水下机器人运动传感器信息、避碰声纳数据信息；计算水下机器人警戒安全距离，建立水下机器人安全虚拟外壳；判断是否需要避障；判断是否达到目标，若到达目标，任务完成。本专利技术将水下机器人速度息的影响引入机器人避障策略中，将水下机器人局部避碰规划与控制、水动力性能相结合，制定的避障策略能够反映智能水下机器人动态避障能力，提高了水下机器人的生存能力。文档编号G05D1/10GK102999050SQ20121053947公开日2013年3月27日 申请日期2012年12月13日 优先权日2012年12月13日专利技术者孙玉山, 万磊, 庞永杰, 李岳明, 张国成, 张英浩, 李成涛 申请人:哈尔滨工程大学本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种智能水下机器人的自主避障方法，其特征在于包括以下步骤：（1）根据作业任务和海图数据库信息进行全局路径规划；（2）读取水下机器人运动传感器信息、避碰声纳数据信息；（3）计算水下机器人警戒安全距离，建立水下机器人安全虚拟外壳；（4）判断是否需要避障，若需要避障，执行避障策略，重新执行步骤（2），若不需要避障，继续执行步骤（5）；（5）判断是否达到目标，若未到达目标重新执行步骤（2），若到达目标，任务完成。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：孙玉山，万磊，庞永杰，李岳明，张国成，张英浩，李成涛，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：