[發明專利]一種基于Bezier曲線的無人艇靠泊路徑規劃方法

在審

• 申請號: 202210921323.9
• 申請日: 2022-08-02
• 公開（公告）號: CN115309155A
• 公開（公告）日: 2022-11-08
• 發明（設計）人: 王鴻東;向金林;鄭金華;胡一鵬;樓建坤
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: G05D1/02
• 分類號: G05D1/02
• 代理公司: 北京律譜知識產權代理有限公司 11457
• 代理人: 黃云鐸

本發明公開了一種基于Bezier曲線的無人艇靠泊路徑規劃方法，首先在感知信息的基礎上判定是否可以開始靠泊以及確定目標泊位的具體信息，接著基于上述信息設定Bezier曲線的起始控制點，然后結合Bezier曲線的特性和無人船航行的運動學特性將剩余的未知控制點計算出來，最后在所有控制點確定后即可得到基于Bezier曲線規劃的靠泊路徑，這種基于Bezier曲線的靠泊路徑規劃方法可以有效降低控制難度，且便于考慮適應無人船運動特性的約束條件。

技術領域

本發明涉及航線規劃的技術領域，具體而言，涉及一種基于Bezier曲線的無人艇靠泊路徑規劃方法。

背景技術

自主靠泊是實現自主航行的“最后一公里”，對實現從泊位到泊位的遠距離自主航行具有重要意義。現有基于Bezier曲線的軌跡規劃方法多用于無人車領域，而這類方法僅考慮滿足車輛的動力學約束和擬合出的Bezier曲線的嚴格曲率連續性，且不考慮大慣性作用。無人艇靠泊工況難點在于：(1)約束條件多，泊位信息復雜多變，而車輛泊位一般具有較為規范的大小形狀等；(2)靠泊最終期望航速為0kn，此時速度低舵效差，控制難度大，相比之下車輛可以在低速情況仍具有較好的控制能力；(3)依賴于慣導或北斗等設備定位導航，其自身存在誤差；(4)泊位狹小，對控制精度要求高?，F有靠泊路徑規劃方法存在曲率不連續等問題，會導致角速度不連續。無人艇角速度不能跳變，因此易產生跟蹤誤差，進而使得無人艇偏離期望航線。研究表明Bezier曲線具有曲率連續及便于考慮約束的特性，故研究用于無人艇的基于Bezier曲線靠泊路徑規劃方法以降低無人艇靠泊的控制難度。

發明內容

本發明的目的在于：保證了無人艇在靠泊時能夠安全有效的進行路徑規劃，給出一個適宜控制的路徑。

本發明的技術方案是：提供了一種基于Bezier曲線的無人艇靠泊路徑規劃方法，該方法包括以下步驟：

S1、根據泊位信息規劃第一段Bezier曲線，將泊位中的期望停船位置設置為控制點P₄，控制點P₄的位置坐標為(x_p4，y_p4)，以控制點P₄為起點垂直泊位向外取一段距離的位置設置為控制點P₃，控制點P₃的位置坐標為(x_g，y_g)，控制點P₃和控制點P₄形成一段一階Bezier曲線，用曲線參數t表達為

S2、將無人艇的初始位置設置為控制點P₀，控制點P₀的位置坐標為(x₀，y₀)；規劃第二段Bezier曲線，計算需要的剩余控制點P₁和P₂，其中控制點P₁的位置坐標表示為(x_p1，y_p1)，控制點P₂的位置坐標表示為(x_p2，y_p2)，將以控制點P₀至P₃唯一確定的三階Bezier曲線表示為：

計算滿足無人艇運動學約束條件ρ(t)≥ρ_min的控制點P₁和控制點P₂的位置坐標，其中ρ(t)是三階Bezier曲線任意一處的曲率半徑，ρ_min是無人艇在對應位置的最小回轉半徑；

S3、判斷控制點P₁和控制點P₂是否計算完畢，若未完成則返回步驟S2，若完成則以控制點P₀至P₃形成第二段三階Bezier曲線，至此路徑規劃完畢，步驟S1與步驟S3得到的Bezier曲線組合后即為規劃得到的路徑。