【摘 要】
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无人艇作为一种水面智能机器人,无论是在民用领域还是在军用领域都具有广泛的作用。在海洋经济不断被重视和发展以及海洋权益纷争加剧的背景下,无人艇是促进我国海洋经济快速健康发展的技术动力,也是增强我国海上装备实力、维护我国海洋权益的技术力量。局部路径规划是保障无人艇实现安全航行、自主作业的关键,本文结合无人艇的运动特性对无人艇局部路径规划算法展开了一系列的研究,并开展了仿真与物理实验工作。人工势场法是常
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无人艇作为一种水面智能机器人,无论是在民用领域还是在军用领域都具有广泛的作用。在海洋经济不断被重视和发展以及海洋权益纷争加剧的背景下,无人艇是促进我国海洋经济快速健康发展的技术动力,也是增强我国海上装备实力、维护我国海洋权益的技术力量。局部路径规划是保障无人艇实现安全航行、自主作业的关键,本文结合无人艇的运动特性对无人艇局部路径规划算法展开了一系列的研究,并开展了仿真与物理实验工作。人工势场法是常用的机器人经典局部路径规划算法,但其存在容易陷入局部极小值点和出现不可达到目标点的缺陷。现有文献提出了改变斥力势场函数和引入逃逸力的改进人工势场法,本文基于这种改进的人工势场法设计了无人艇局部路径规划算法。仿真和物理实验结果表明,该方法避障路径长、避障效果不理想,且不具备通用性。在深入分析无人艇动力学模型特点和运动特性的基础上,本文提出一种启发式无人艇局部路径规划算法“动态几何法”,算法根据无人艇和障碍物的位置速度信息,预测无人艇与障碍物的碰撞风险并计算对应的避障点,采用跟踪避障点的方法间接控制无人艇的航向实现无人艇局部路径规划,降低算法对无人艇动力学模型的依赖。同时在“动态几何法”的基础上,提出了一种通过控制无人艇航速大小实现对非对遇和非被超越的动态障碍物避障的局部路径规划算法“直线控速法”。仿真结果表明“动态几何法”对静态障碍物和动态障碍物都具有良好的避障效果,“直线控速法”适用于非对遇和非被超越的动态障碍物,并具有良好的避障效果。在本人参与研制的无人艇平台分别开展了基于改进的人工势场和基于“动态几何法”的局部路径规划物理实验,实验结果表明人工势场法避障距离远、效果不理想,对不同模型的无人艇不具备通用性。而“动态几何法”对于不同模型的无人艇都具有良好的避障效果,相对于改进的人工势场法具有避障距离短、避障路径理想和通用性高等优点。
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