[發明專利]一種基于虛擬膨化的運動障礙與UUV相向航行的規避方法

有效

• 申請號: 201610082237.8
• 申請日: 2016-02-05
• 公開（公告）號: CN105549600B
• 公開（公告）日: 2018-03-02
• 發明（設計）人: 王宏健;張雪蓮;崔保華;張宏瀚;劉向波
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: G05D1/06
• 分類號: G05D1/06
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所23109
• 代理人: 楊立超

技術領域

本發明涉及基于虛擬膨化的運動障礙與UUV相向航行的規避方法。

背景技術

近年來，關于運動障礙物規避策略的成果不計其數，總結起來大致分為3大類,第一類是先預測運動障礙的運動趨勢，然后根據不同的趨勢作出相應的對策；第二類是在動態規避的瞬間，將運動障礙固化成靜態障礙規避，只要作出動態規避的頻率較快，算法就能不斷更新規劃路線，直到避過運動障礙；第三類是采用學習算法，通過訓練使機器人具有智能避障的能力；

基于趨勢預測的策略能較好地規避運動狀態相對平穩的運動障礙，但對于運動速度或方向變化頻繁的運動障礙(或目標)則難以準確預測。將運動障礙固化成靜態障礙的策略，沒有考慮運動趨勢，導致規劃出的航路不一定沿著威脅減小的方向生成。基于學習算法的避碰策略需要大量的訓練樣本，當在復雜的動態程度較高的未知環境中，其避碰效果難以保證。

發明內容

本發明是為了解決目前采用的相向航行的運動障礙規避方法難以準確預測運動障礙的運動狀態的問題，而提出的一種基于虛擬膨化的運動障礙與UUV(無人水下航行器) 相向航行的規避方法。

一種基于虛擬膨化的運動障礙與UUV相向航行的規避方法按以下步驟實現：

步驟一：設運動障礙航向與引導航向的夾角為headAngle，當時，UUV與運動障礙為相向航行；所述引導航向是指從UUV當前位置到下一個非運動障礙航路點的連線所形成的向量，非運動障礙航路點是指不是依托于運動障礙形成的環境中靜態環境信息的頂點；

步驟二：當UUV檢測到與運動障礙物相向航行時，運動障礙進行圓形膨化；

步驟三：根據步驟二中運動障礙的圓形膨化，生成矩形虛擬障礙；

步驟四：根據步驟二和步驟三，計算觸發航路規劃算法的衡量距離nextL，當UUV 與運動障礙中心點的直線距離M滿足M＜nextL時觸發航路規劃算法，計算下一次觸發規劃的衡量距離nextL，直到nextL＝abs_r+safe_d時，航路規劃算法不再被觸發；其中所述abs_r為運動障礙半徑，safe_d為膨化距離。

發明效果：

本發明使用蟻群算法作為最基本的動態規劃算法，其中規劃算法的觸發機制是動態規劃的關鍵，首先該機制要控制好動態規劃算法的觸發時機，使UUV能及時規劃出新航路避開運動障礙物，或者在沒有運動障礙物時合理觸發算法修正原有航路。其次該機制還應能根據UUV所處的具體環境，抑制不必要的觸發，因為算法觸發過于頻繁會降低UUV 感知環境的靈敏性。

本發明的目的是在運動障礙靜態化策略的基礎上，使用虛擬膨化方法將運動障礙的趨勢考慮到動態規劃當中，使UUV與運動障礙相向航行時總能沿著威脅減小的方向生成規避航路。本發明的仿真效果圖如圖5所示。

附圖說明

圖1為引導航向示意圖；圖中1是靜態障礙，2是運動障礙，3是引導航向，4是布放點，5是回收點，必1是必經點1；

圖2為相向航行示意圖；圖中1是headAngle，2是運動障礙，3引導航向，4是UUV 艏向，5是運動障礙航向，O是UUV；

圖3為運動障礙膨化并生成虛擬障礙示意圖；圖中1是運動障礙航向，2是headAngle， 3是引導航向，4是L，5是UUV艏向，6是M，7是運動障礙，O是UUV；

圖4為UUV與運動障礙的位置關系示意圖；圖中1是運動障礙航向，2是headAngle， 3是UUV艏向，4是引導航向，5是L，6是M，7是運動障礙，O是UUV；

圖5為仿真效果圖，圖中1為運動障礙。

具體實施方式

具體實施方式一：一種基于虛擬膨化的運動障礙與UUV相向航行的規避方法包括以下步驟：

引導航向是指從UUV當前位置到下一個非運動障礙航路點的連線所形成的向量的方向。所謂非運動障礙航路點，是指該航路點不是依托于運動障礙形成的，而是環境中靜態環境信息的頂點，如靜態目標的頂點(p₂)、必經點，回收點等。當UUV運行到圖1 所示位置時，遭遇1號運動障礙，UUV觸發動態規劃算法后形成新的規避航路，點p₁是 UUV為避開1號運動障礙形成的依托于運動障礙形成的航路點，而點p₂是靜態目標膨化頂點。于是根據定義此時引導航向為向量的方向。UUV為無人水下航行器。