[發明專利]考慮風能捕獲的自然能驅動機器人航線規劃方法有效

申請號：	202011104025.8	申請日：	2020-10-15
公開（公告）號：	CN112254720B	公開（公告）日：	2021-08-20
發明（設計）人：	賈琪;廖煜雷;龐碩;李曄;李可	申請（專利權）人：	哈爾濱工程大學
主分類號：	G01C21/00	分類號：	G01C21/00;G01C21/20;F03D9/32;F03D9/25
代理公司：	哈爾濱華夏松花江知識產權代理有限公司 23213	代理人：	楊曉輝
地址：	150001 黑龍江***	國省代碼：	黑龍江;23
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摘要：
搜索關鍵詞：	考慮風能捕獲自然驅動機器人航線規劃方法
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【說明書】：

本發明的考慮風能捕獲的自然能驅動機器人航線規劃方法涉及路徑規劃領域，目的是為了克服現有的海洋巡航機器人的巡航路徑的建立均只考慮到能量的輸出，沒有考慮能量輸入而導致續航力較差的問題，方法具體通過考慮海風風速得到自然能驅動機器人的風力發電機的發電功率，并通過發電功率得到實際能源消耗，并根據實際能源消耗和能量預估消耗得到考慮風能捕獲的能量估價函數。最后，自起始柵格起計算當前柵格的考慮風能捕獲的能量估價函數值，將考慮風能捕獲的能量估價函數值最低的當前柵格加入航線規劃路徑，直至加入目標柵格，完成航線規劃。

技術領域

本發明涉及路徑規劃領域，具體涉及一種風能捕獲機器人航線規劃方法。

背景技術

現有的海洋巡航機器人的巡航路徑的建立均只考慮到能量的輸出，沒有考慮能量的輸入，并且主要考慮洋流的影響，沒有考慮海風的影響，這樣就導致了續航力較差和航程規劃相對較短。

目前，風能是水面上的海洋結構物主要能量獲取源之一。一年四季內風能在海洋上的分布較為廣泛。其中，自然能驅動機器人通過裝載升力型風力發電機，實現對海洋中風能的全時捕獲，已成為海洋觀測網絡構建的基礎平臺和首選工具，如專利號為CN201910037366.9，名稱為《一種自然能驅動的翼舵聯動長航時雙體無人艇》中所公開的自然能驅動的機器人。由于自然能驅動機器人能源捕獲裝備的獨特性和海洋環境的復雜性，為使機器人能夠成功地完成海洋探測、巡航、勘察等任務，需要通過獲知機器人航行環境的風場數據，據此經過處理計算來作為航線規劃的引導信息。路徑規劃不僅是自然能驅動機器人實現自主導航的關鍵所在，也關系到機器人的生死存亡。

發明內容

本發明的目的是為了克服現有的海洋巡航機器人的巡航路徑的建立均只考慮到能量的輸出，沒有考慮能量輸入而導致續航力較差的問題，提供了一種考慮風能捕獲的自然能驅動機器人航線規劃方法。

本發明的考慮風能捕獲的自然能驅動機器人航線規劃方法，方法具體步驟如下：

步驟一、獲取自然能驅動機器人航行區域的地理信息以及氣象信息，自然能驅動機器人搭載有風力發電機進行供電；

步驟二、將地理信息進行柵格化得到柵格化的地圖，地圖包括多個柵格，并將氣象信息載入地圖的對應柵格內；

步驟三、計算自然能驅動機器人在柵格內不同巡航方向的巡航航速和海風風速之間的相對速度；

步驟四、根據風力發電機的風洞試驗曲線和柵格內的相對速度，得到柵格內風力發電機在海洋風場環境中的發電功率；

步驟五、根據柵格內的發電功率和自然能驅動機器人的輸出功率，得到柵格內風能捕獲的能量輸入功率；

步驟六、根據能量輸入功率和自然能驅動機器人的推進器能量消耗，計算柵格內自然能驅動機器人的實際能源消耗；

步驟七、自起始柵格起，計算當前柵格的考慮風能捕獲的能量估價函數值，將考慮風能捕獲的能量估價函數值最低的當前柵格加入航線規劃路徑，直至加入目標柵格，完成航線規劃；

當前柵格為航線規劃路徑所經過前一柵格的相鄰柵格，第一個前一柵格為起始柵格；

當前柵格的考慮風能捕獲的能量估價函數值由起始柵格至當前柵格的實際能源消耗累加值和當前柵格距離目標柵格的能量預估消耗值得到。