[發(fā)明專利]多水下機器人最大探測覆蓋率的快速梳型路徑規(guī)劃方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202111400805.1
• 申請日: 2021-11-24
• 公開（公告）號: CN114200929B
• 公開（公告）日: 2023-10-20
• 發(fā)明（設計）人: 王澤眾;王軼群;徐會希;郭春雷;胡弘巖;賈棟
• 申請（專利權）人: 中國科學院沈陽自動化研究所
• 主分類號: G05D1/02
• 分類號: G05D1/02
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司 21002
• 代理人: 王倩

1.多水下機器人最大探測覆蓋率的快速梳型路徑規(guī)劃方法，其特征在于，包括以下步驟：

基于待探測區(qū)域的地形條件以及自主水下機器人的探測能力，將待探測區(qū)域進行柵格化處理，構建二維柵格模型；

基于二維柵格模型，采用分步迭代的方式確定單體自主水下機器人的探測軌跡，并根據單體自主水下機器人的探測軌跡即航行路徑，得到單體自主水下機器人進行梳型探測時的探測面積；

利用單體自主水下機器人進行梳型探測時的探測面積，結合粒子群優(yōu)化算法，得到滿足多自主水下機器人最大探測覆蓋率時的路徑規(guī)劃。

2.根據權利要求1所述的多水下機器人最大探測覆蓋率的快速梳型路徑規(guī)劃方法，其特征在于，所述構建二維柵格模型包括以下步驟：

將待探測區(qū)域進行柵格化處理；

在柵格中標記危險柵格。

3.根據權利要求2所述的多水下機器人最大探測覆蓋率的快速梳型路徑規(guī)劃方法，其特征在于，所述將待探測區(qū)域進行柵格化處理，具體為：設定待探測區(qū)域中兩條相鄰等高線之間的高度差為a，自主水下機器人滿足航行安全的最大縱傾角為φ_max，格柵化后每個小格的寬度為w，則寬度w滿足：

且k_h＞5，w取最接近(a/tanφ_max)的整數倍

其中，k_h為柵格內最大等高線數量，d_s為梳型路徑中長測線的長度，n為柵格寬度。

4.根據權利要求2所述的多水下機器人最大探測覆蓋率的快速梳型路徑規(guī)劃方法，其特征在于，所述在柵格中標記危險柵格，具體為：

將待探測區(qū)域中等高線間的坡度超過自主水下機器人滿足航行安全的最大縱傾角為φ_max的區(qū)域稱為危險區(qū)，將待探測區(qū)域分成寬度為w的柵格，如果單個柵格內等高線數量大于柵格內最大等高線數量k_h，則將該柵格標記為危險柵格。

5.根據權利要求1所述的多水下機器人最大探測覆蓋率的快速梳型路徑規(guī)劃方法，其特征在于，所述基于二維柵格模型，采用分步迭代的方式確定單體自主水下機器人的探測軌跡，具體為：

1)通過自主水下機器人的布置角度即在第一條測線的航行方向以及柵格信息，確定其可能經過的柵格，將自主水下機器人航行方向上與柵格橫縱邊界的距離l_x與l_y，表示如下：

其中，θ為布置角度，即梳型路徑中第一條測線與正北方向的夾角，area[i][j].x表示第i行j列柵格的左下定點x坐標，area[i][j].y表示第i行j列柵格的左下定點y坐標，P₀.x表示自主水下機器人當前位置的x坐標，P₀.y表示自主水下機器人當前位置的y坐標；

2)利用l_x，l_y，θ，將柵格行列i與j的變化先后順序以及變化的方向分為八種情況：

3)根據柵格行列i與j的變化先后順序以及變化的方向，采用分步迭代的方式計算自主水下機器人進行梳型探測中的航行路徑及航行路徑經過的柵格，當自主水下機器人遇到危險柵格時，自主水下機器人結束探測任務。

6.根據權利要求5所述的多水下機器人最大探測覆蓋率的快速梳型路徑規(guī)劃方法，其特征在于，所述步驟3)具體為：

3.1)計算柵格變化時對應自主水下機器人的單位航行距離：自主水下機器人在起始點P₀時，x與y方向上分別距離S_0x與S_0y到達當前所在柵格邊界，x與y方向上自主水下機器人航行單位柵格距離的航行路程分別為S_x與S_y，S_0x、S_0y、S_x和S_y計算式如下：

其中，w為單位柵格寬度；

3.2)計算自主水下機器人進行梳型探測中的航行路徑，并確定上浮位置。