无人艇局部路径规划的研究与实现

发布时间：2023-02-17 08:43

　　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,...

【文章页数】：76 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
1 绪论
    1.1 课题研究背景及意义
    1.2 无人艇技术研究现状
    1.3 无人艇局部路径规划研究现状
    1.4 论文主要研究内容与组织架构
2 基于改进人工势场法的无人艇局部路径规划
    2.1 引言
    2.2 人工势场法原理与缺陷
    2.3 改进人工势场法
    2.4 仿真实验与结果分析
    2.5 本章小结
3 基于“动态几何法”的无人艇局部路径规划
    3.1 引言
    3.2 “动态几何法”基本原理
    3.3 障碍物信息描述与几何关系参数计算
    3.4 碰撞风险的判断
    3.5 避障点的计算与跟踪
    3.6 “动态几何法”算法流程
    3.7 仿真实验与结果分析
    3.8 本章小节
4 基于“直线控速法”的无人艇局部路径规划
    4.1 引言
    4.2 “直线控速法”基本原理
    4.3 碰撞风险的判断
    4.4 避障速度的计算与选择
    4.5 仿真实验与结果分析
    4.6 “动态几何法”与“直线控速法”算法设计
    4.7 本章小节
5 无人艇局部路径规划实验验证
    5.1 引言
    5.2 无人艇系统设计与平台介绍
    5.3 基于人工势场局部路径规划实验
    5.4 基于“动态几何法”局部路径规划实验
    5.5 本章小结
6 总结与展望
    6.1 本文主要工作
    6.2 本文主要创新点
    6.3 课题展望
致谢
参考文献
附录 攻读硕士学位期间研究成果



本文编号：3744507