[发明专利]一种水下机器人避障装置及实时路径规划方法

说明书

本发明一种水下机器人避障装置及实时路径规划方法，包括机器人主体、转向执行单元和转向辅助单元；步骤1、主控制器根据由障碍物信息构建的直角坐标系下的环境模型对障碍物位置进行排序编码并按照三进制编码规则随机生成染色体群体；步骤2、结合运动信息，利用Dubins曲线对染色体进行解码，将三进制染色体序列转化为AUV路径并计算各个个体的适应度；步骤3、选择、交叉、变异运算之后得到次代群体并选择出当前阶段适应度值最佳的染色体；经过迭代当最大适应度大于设定值时输出避障路径；本发明水下机器人为用于地形地貌绘制的自主式水下机器人，在进行地形地貌绘制的同时可以计算出最短避障路径并沿该路径完成避障。

技术领域

本发明涉及一种避障装置及路径规划方法。具体涉及一种水下机器人避障装置及实时路径规划方法，属于水下无人探测机器人领域。

背景技术

水下机器人是水下地形地貌探测的重要平台,具有中深层水域探测优势,主要分为无缆自治潜水器(AUV)、载人潜水器(HOV)和缆控潜水器(ROV)。自主式水下机器人(AUV)具有活动范围大、机动性好、安全、智能化等优点，成为完成地形地貌探测任务的常用工具。

近年来，国内外针对AUV路径规划为题也有很多解决方法，主要有A*、粒子群优化法、人工势场法、神经网络等。这些算法虽然能够在一定程度上解决AUV路径规划问题，但由于小型AUV具有许多约束条件，如有限的导航距离、严格的非完整运动约束、无方向反转等。这些算法未考虑AUV自身的运动学约束，AUV无法沿着算法搜寻到的路径航行。这样的路径也不能直接用在AUV上。AUV路径规划问题不仅仅要考虑起始点目标点以及障碍物的位置坐标，还要考虑到AUV自身的约束条件。

水下环境复杂且AUV地形地貌探测的时间较长，避障时的电力消耗严重影响了AUV的续航能力，所以更短避障路径的选取显得尤其重要，由于不影响AUV地形地貌探测的最短避障路径位于二维水平面内，因此需要一种能够实现在二维平面内沿最短路径避障的水下机器人避障装置及实时路径规划方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够实现在二维平面内沿最短路径避障的的水下机器人避障装置及实时路径规划方法。

本发明的目的通过如下技术方案来实现：

一种水下机器人避障装置，包括机器人主体、转向执行单元和转向辅助单元，所述机器人主体设置有环境检测仓、运动检测仓、电池仓、控制仓；所述转向执行单元设有水平舵、方向舵和主推进器；所述辅助转向单元包括艏左、艏右、艉左、艉右四个槽道推进器。

本发明还可以包括：

所述环境检测仓内置有前视声呐和信号处理单元，所述运动检测仓内置有导航定位系统；控制舱内置有主控制器；所述运动检测仓内置有测高声呐、深度计、光纤罗经、多普勒计程仪、DGPS，所述电池仓内置有两套电池设备分别为AUV提供设备电和动力电；

一种水下机器人实时路径规划方法，包括如下步骤：

步骤1、主控制器根据由障碍物信息构建的直角坐标系下的环境模型对障碍物位置进行排序编码并按照三进制编码规则随机生成染色体群体；

步骤2、结合运动信息，利用Dubins曲线对染色体进行解码，将三进制染色体序列转化为AUV路径并计算各个个体的适应度；

步骤3、选择、交叉、变异运算之后得到次代群体并选择出当前阶段适应度值最佳的染色体；经过迭代当最大适应度大于设定值时输出避障路径；

所述步骤1具体包括：AUV利用其搭载的导航定位系统获取AUV起始点位置坐标、当前航行速度、最小转弯半径；根据任务要求获取目标点位置以及所在环境的危险区域，由信号处理单元将前视声呐获得的障碍物信息转化为数字信号传输到主控制器；确定障碍物中心点坐标、障碍物半径以及航行过程中与障碍物间需要保持的安全距离；建立直角坐标系下的环境模型；