[發明專利]一種AUV松弛軌跡規劃方法

有效

• 申請號: 202110040918.9
• 申請日: 2021-01-13
• 公開（公告）號: CN112799414B
• 公開（公告）日: 2022-12-13
• 發明（設計）人: 張耕實;張勇剛;徐健;邢文;陳濤;黃飛
• 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: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種AUV松弛軌跡規劃方法，將全局規劃航路按照設定路徑長度劃分為多個子航段；確定本次局部航跡規劃的起點、終點，以及航跡規劃空間范圍；根據當前局部環境是否存在運動障礙物，確定執行路徑規劃或者軌跡規劃；利用自適應差分進化粒子群優化算法完成局部航跡規劃，得出中間路徑點序列以及到達各個中間路徑點期望航速；確定當前子目標點，解算AUV的期望航向、期望深度；輸出航向指令、深度指令、航速指令，驅動AUV航行；執行方法至結束。本發明可以適應AUV周圍局部環境障礙分布動態變化，且能夠根據周圍局部環境是否存在運動障礙物確定執行路徑規劃或者軌跡規劃，從而權衡局部在線航跡規劃的有效性要求和快速性要求。

技術領域

本發明涉及一種AUV松弛軌跡規劃方法，特別是一種基于自適應差分進化粒子群優化的AUV松弛軌跡規劃方法，屬于自主潛航器智能控制技術領域。

背景技術

自主潛航器(Autonomous Underwater Vehicle，AUV)是一類自帶能源并能夠實現自主導航、自主決策與控制的水下無人工作平臺，是輔助人類探索海洋、開發海洋的有效工具，在軍事、民用領域均發揮著日益重要的作用，并具有廣闊的發展前景。

AUV在執行具體任務時，以全局路徑規劃為基本導引信息航行至目標位置，然而，由于海洋環境的復雜性、未知性、不確定性和非結構性，僅憑全局路徑規劃無法確保航行安全，AUV在航行過程中還需要實時探測周圍環境障礙物，并根據具體的局部環境信息進行局部運動規劃，以規避先驗知識以外、全局路徑規劃未預知的風險和障礙。在線局部運動規劃是AUV完成測繪、搜探、偵察等其他水下任務的前提保障。一般而言，AUV須兼顧安全性與時效性，綜合任務需求、靜態障礙物分布情況、動態障礙物運動趨勢以及AUV自身動力學特性等諸多因素實現水下三維運動規劃。

專利ZL201610133445.6公開了一種智能向量場直方圖避碰方法，能夠解決AUV的水下實時障礙規避問題，但是該方法屬于一種應急響應式避碰方法，不適用于障礙復雜分布情況下的慎思式運動規劃。

專利CN201911307896.7公開了一種樹下機器人路徑規劃方法，通過Dubins曲線和遺傳算法的結合，實現了AUV的路徑規劃，但是該方法僅適用于二維路徑規劃，不適用于AUV在水下三維空間運動情況。

專利ZL201410121156.5公開了一種基于改進螢火蟲算法的AUV三維航路規劃方法，能夠解決適用于AUV的水下三維空間路徑規劃問題，但是該方法并未考慮水下存在運動障礙物的情況。

AUV隨著人類探索的腳步將在海洋中走向更深、更遠，其自主性、智能性面臨著更高的要求，在線局部運動規劃是亟待解決的關鍵技術。

發明內容

針對上述現有技術，本發明的目的是為了解決自主潛航器在三維動態障礙環境下的安全航行問題，提供一種基于自適應差分進化粒子群優化(Adaptive DifferentialEvolution Particle Swarm Optimization，ADEPSO)的AUV松弛軌跡規劃方法，可以適應AUV周圍局部環境障礙分布動態變化，且能夠根據周圍局部環境是否存在運動障礙物確定執行路徑規劃或者軌跡規劃，從而權衡局部在線航跡規劃的有效性要求和快速性要求。

為解決上述技術問題，本發明的一種AUV松弛軌跡規劃方法，包括以下步驟：

步驟1：將全局規劃航路按照設定路徑長度劃分為多個子航段；

步驟2：根據AUV當前位置以及障礙分布情況，確定本次局部航跡規劃的起點、終點，以及航跡規劃空間范圍；

步驟3：根據當前局部環境是否存在運動障礙物，確定本次優化過程是否對AUV速度指令進行優化，即確定執行路徑規劃或者軌跡規劃，若僅有靜態障礙則執行路徑規劃，若存在運動障礙則執行軌跡規劃；

步驟4：利用自適應差分進化粒子群優化算法，完成局部航跡規劃，得出中間路徑點序列以及到達各個中間路徑點的期望航速；