章 飞, 胡春磊

基于滚动速度障碍法的AUV动态避障路径规划

章 飞, 胡春磊

(江苏科技大学 电子信息学院, 江苏 镇江, 212003)

针对自主水下航行器(AUV)在动态环境中的路径规划及避障效果不佳的问题, 提出一种可行的滚动速度障碍方法。该方法将滚动窗口法与速度障碍法相结合, 在混合避障结构下基于滚动窗口法设计合适的三维模型预测控制器, 通过优化目标函数实现对参考路径的稳定跟踪; 窗口滚动的同时构建三维碰撞锥与速度障碍锥模型, 若满足触发避碰条件则计算得到临界碰撞点, 通过对临界碰撞点的跟踪引导AUV安全避障, 若避碰结束则引导AUV完成轨迹恢复。仿真结果表明, 该方法可有效提高AUV在实时路径规划时的动态避障能力。

自主水下航行器; 路径规划; 动态避障; 滚动窗口法; 速度障碍法

0 引言

自主水下机器人(autonomous undersea vehicle, AUV)作为一种轻型的水下探测工具, 因其体积小、操控灵活及智能性能高等优点, 已逐渐成为实施海洋资源探索, 增强国家海军实力的重要设备。在复杂多变的海洋环境中, AUV的安全避障技术是其航行与工作的保障, 也是其导航控制技术的重要组成部分。随着各国对海洋探索程度的日益加深, 如何进一步提升AUV在复杂海洋环境中的动态避障和路径规划能力, 已成为制约AUV发挥功效的关键[1]。

AUV避障规划方法通常借鉴于传统移动机器人路径规划方法, 主要分为两大类[2], 一类是依赖于已知环境信息的全局路径规划方法, 如文献遗传算法[3]、A*算法[4]、蚁群算法[5]及神经网络[6]等, 此类方法虽可取得不错的规划结果, 但忽略了环境中未知障碍物对机器人产生的威胁。……