[發明專利]一種基于Dubins曲線的欠驅動AUV路徑規劃方法

在審

• 申請號: 202110989444.2
• 申請日: 2021-08-26
• 公開（公告）號: CN113467489A
• 公開（公告）日: 2021-10-01
• 發明（設計）人: 王曉偉;蔣曉剛;蔡華春;孫業林;朱家梁;董連圓;沈文斌
• 申請（專利權）人: 九江職業技術學院
• 主分類號: G05D1/06
• 分類號: G05D1/06
• 代理公司: 西安合創非凡知識產權代理事務所(普通合伙) 61248
• 代理人: 馬英

1.一種基于Dubins曲線的欠驅動AUV路徑規劃方法，其特征在于，包括Dubins曲線的參數計算，具體為：PZN型Dubins曲線的參數計算方法；NZP型Dubins曲線的參數計算方法；NZN型Dubins曲線的參數計算方法；PZP型Dubins曲線的參數計算方法。

2.根據權利要求1所述的基于Dubins曲線的欠驅動AUV路徑規劃方法，其特征在于，所述PZN型Dubins曲線的參數計算方法包括：

首先將終點T看作局部坐標系的原點，按式（1）進行坐標變換：

（1）

式中，[ξ_Sη_Sψ_S]代表起點S在慣性坐標系水平面內的位姿，[ξ_Tη_T ψ_T]代表終點T在慣性坐標系水平面內的位姿，[x_S y_Sα]代表起點S在局部坐標系內的位姿，即相對于終點T的位姿；PZN型Dubins曲線參數的計算方法：AUV的起點為S方向為a₁，姿態角為α，首先沿曲率為正、半徑為r_min、圓心為O₁的圓弧旋轉角度θ₁，然后沿直線L航行，最后沿曲率為負、半徑為r_min、圓心為O₂的圓弧旋轉角度θ₂到達終點T，終點T的方向為a₂，姿態角為零；r_1s、r_1f、r_2s、r_2f分別為從四個切點指向圓心的向量，l代表直線路徑L的長度；角度α、θ₁、θ₂滿足等式：

（2）

從起點為S到終點T的位置轉換向量滿足式（3）

（3）

式中，

式（3）可以整理為式（4），式（4）進一步簡化為式（5）

（3）

（4）

（5）

定義變量

則式（5）可得

定義

則式（5）最終可得

（6）

根據公式（2）至（6），PZN型Dubins曲線的參數計算公式最終整理

為式（7）：

（7）。

3.根據權利要求1所述的基于Dubins曲線的欠驅動AUV路徑規劃方法，其特征在于，所述NZP型Dubins曲線的參數計算方法包括：

（8）。

4.根據權利要求1所述的基于Dubins曲線的欠驅動AUV路徑規劃方法，其特征在于，所述NZN型Dubins曲線的參數計算方法包括：

（9）。

5.根據權利要求1所述的基于Dubins曲線的欠驅動AUV路徑規劃方法，其特征在于，所述PZP型Dubins曲線的參數計算方法包括：

（10）。

6.根據權利要求1-5任一所述的基于Dubins曲線的欠驅動AUV路徑規劃方法，其特征在于，還包括：在Dubins曲線參數的計算中，角度變量α、γ、θ₁、θ₂均為[0, 2π]的正值，如果在計算中出現負值時將其加2π處理，出現大于2π的情況則將其減2π處理。