[发明专利]基于距离与视差信息的水下机器人避障方法

说明书

技术领域

本发明涉及水下机器人智能控制技术领域，尤其是一种融合距离与视差信息的水下机器人避障方法。

背景技术

水下机器人在海难搜救、水下防入侵技术、物种跟踪探测等领域具有广泛的应用价值。在水下环境中，沉船等沉积物以及礁石等使得水下环境非常复杂，如果水下机器人不能主动、有效地躲避这些障碍，将有可能导致水下机器人执行任务的失败甚至导致水下机器人损坏。

在现有技术中检索发现，中国专利申请号为201310488141.8，名称为：基于前视声纳的水下机器人避碰方法，该方法前视声纳图像数据引入机器人避障策略中，可以减小机器人避碰盲区。但上述方法在设计无碰撞轨迹规划算法时，并没有考虑水下机器人的控制输入约束。在实际应用中，水下机器人一般都是由电机驱动，而电机驱动器都有功率限制，当输入信号超过这一限制，饱和发生，进而使系统的动态性能降低(例如，超调量、调节时间以及震荡次数等)，甚至导致闭环系统不稳定。

再有，中国专利申请号为201210539473.X，名称为：一种智能水下机器人的自主避障方法，该方法将水下机器人运动目标、障碍物和水下机器人控制性能进行统一考虑来实现避障任务。上述方法是基于距离信息设计的，但仅考虑距离信息是不够的，因为实时有效的避障行为不仅需要距离信息，还需要视角 信息，例如人们在规避障碍的过程中，有效的避障路线是通过距离与视差调整来共同确立的。在水下三维环境中，方向性显得更为重要。因此，如何在水下复杂障碍物环境下，利用距离和视差信息对水下机器人设计无碰撞轨迹优化策略，以提高水下机器人轨迹规划的有效性，显得尤为重要。

发明内容

本发明目的在于提供一种可动态调整壁障策略、路径更优、躲避效果好、可靠性高的基于距离与视差信息的水下机器人避障方法。

为实现上述目的，采用了以下技术方案：

本发明主要包括水下机器人、探测声呐、前向红外摄像头、侧向红外摄像头以及尾部红外摄像头，在水下机器人上安装探测声呐，在水下机器人的前端对称安装两个前向红外摄像头，在水下机器人顶部两侧位置分别安装侧向红外摄像头，在水下机器人尾部对称安装尾部红外摄像头，所述避障方法包括以下步骤：

(1)根据水下机器人与目标点的位置，以及海图数据库信息离线规划出水下机器人的全局参考轨迹，设定如下代价函数使得水下机器人在无障碍情况下能够移动到目标点

E(t)=ω||q(t)-q0(t)||2+υ||q·(t)-q·0(t)||2,]]>

式中，ω>0与υ>0为比例因子；为参考轨迹，q₀(t)∈R³与分别表示参考轨迹的位置与速度向量；