[發明專利]一種用于無人船自主避障的裝置及方法

有效

• 申請號: 202011324979.X
• 申請日: 2020-11-23
• 公開（公告）號: CN112462766B
• 公開（公告）日: 2022-09-09
• 發明（設計）人: 仲偉波;常琦;馮友兵;李浩東;許強;齊國慶;孫彬;張云;艾迎春
• 申請（專利權）人: 江蘇科技大學
• 主分類號: G05D1/02
• 分類號: G05D1/02
• 代理公司: 南京正聯知識產權代理有限公司 32243
• 代理人: 杭行

本發明屬于無人船智能控制技術領域，公開了一種無人船自主避障方法；首選避障系統初始化，以無人船為圓心，以可視半徑R為半徑作圓，交直線AB于兩點P和P1，距目標B點較近點P為實時目標點，無人船實時位置O與實時目標點P的連線方向為實時目標航向角Ψ_r；無人船實時航向Ψ可通過導航模塊獲??；檢測是否存在障礙物的方位角α、距離ε和速度V；將數據送入方位權函數、距離權函數和速度權函數，得到對應的權值權值與最大角度改變量相乘，得到避障角度通過驅動電機和舵機系統控制無人船駛離障礙物；本發明的有益效果為：無人船能夠合理安全地駛離障礙物并快速回到目標航線，脫離危險后會更快復航，避障軌跡平滑，并且適合多目標障礙物的避障。

技術領域

本發明屬于無人船智能控制技術領域，具體涉及一種無人船自主避障方法。

背景技術

無人船作為一種能夠自主航行的水面運動平臺，在環保檢測、水產養殖、科研勘測乃至軍事領域具有廣泛的應用前景。無人船在航行中，不可避免的會遇到岸堤、礁石、橋墩、大型貨船等障礙物，需要能夠自主躲避水面上的障礙物。

發明內容

為解決上述技術問題，本發明提供了一種無人船自主避障方法，該方法通過航線起始點計算得到目標航向，通過雷達測得障礙物的方位、距離和速度數據，加以權重處理后與目標航向結合，通過控制系統調整無人船躲避障礙物，快速回到目標航線。

本發明所采用的具體技術方案如下：

步驟1：避障系統初始化，設A點為航跡起點，B點為指定路徑上的航跡點，O點為無人船實時位置；以無人船為圓心，以可視半徑R為半徑作圓，交直線AB于兩點P和P1，距目標B點較近點P為實時目標點，無人船實時位置O與實時目標點P的連線方向為實時目標航向角Ψ_r；無人船實時航向Ψ可通過導航模塊獲??；

步驟2：檢測是否存在障礙物，當無人船到達障礙物影響范圍內時，通過雷達測得障礙物的方位角α、距離ε和速度V；

步驟3：計算避障角度，將數據送入方位權函數、距離權函數和速度權函數，得到對應的權值ω1、ω2和ω3，權值與無人船單側最大角度改變量相乘，得到一個避障角度

步驟4：將作為航向控制的輸入，其中ΔΨ＝Ψ_r-Ψ，通過驅動電機和舵機系統控制無人船駛離障礙物。

本發明的有益效果為：無人船在前方沒有障礙物時仍可按照本發明方法以預設航線前進；在有障礙物出現時，無人船能夠完成對水面障礙物的識別，得到障礙物的距離、方位和速度等信息，能夠更真實地反映障礙物的威脅系數，反映真實的環境信息，繼而進行有效的危險規避。避障過程中，無人船會以合適的航向變化量來躲避危險，較一般障礙物數據處理方法而言，無人船能夠合理安全地駛離障礙物并快速回到目標航線，脫離危險后會更快復航，避障軌跡平滑，并且適合多目標障礙物的避障。

附圖說明

圖1為本發明提供的無人船避障控制原理圖；

圖2為本發明提供的無人船避障方法整體流程圖；

圖3為無人船關鍵控制系統；

圖4為障礙物威脅程度中的方位權函數曲線、距離權函數曲線及速度權函數曲線；

圖5為線性方位權函數條件下的無人船避障航跡仿真圖；

圖6為高斯方位權函數條件下的無人船避障航跡仿真圖；

圖7為線性方位權函數條件下無人船航向與舵角仿真圖；

圖8為高斯方位權函數條件無人船航向與舵角仿真圖；

圖9為障礙物方位和距離仿真變化圖；

圖10為無人船多障礙物避障仿真圖。

具體實施方式