基于前视声纳的水下机器人避碰方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号(10)申请公布号CNCN103529844103529844A(43)申请公布日2014.01.22(21)申请号201310488141.8(22)申请日2013.10.18(71)申请人吴宝举地址322000浙江省义乌市雪峰西路968号北苑创业园科技大楼A区2楼(72)发明人吴宝举(51)Int.Cl.G05D1/02(2006.01)权权利要求书1页利要求书1页说明书4页说明书4页附图2页附图2页(54)发明名称基于前视声纳的水下机器人避碰方法(57)摘要本发明公开了一种基于前视声纳的水下机器人避碰方法，其特征在于：包括水下机器人，水下机器人上设置由于前视声纳、位姿传感器、控制装置和执行机构；控制装置根据前视声纳和位姿传感器测得的数据执行避碰控制策略，调整执行机构的控制量，进而调整水下机器人的位姿躲避障碍。本发明将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。在避碰策略上把快速的反应式避碰和慢速的慎思式避碰结合起来，既可应对简单的快速出现的障碍，又可应对复杂的障碍，提高了水下机器人的生存能力。CN103529844ACN10352984ACN103529844A权利要求书1/1页1.一种基于前视声纳的水下机器人避碰方法，其特征在于：包括水下机器人，水下机器人上设置由于前视声纳、位姿传感器、控制装置和执行机构；控制装置根据前视声纳和位姿传感器测得的数据执行避碰控制策略，调整执行机构的控制量，进而调整水下机器人的位姿躲避障碍。2.根据权利要求1所述的基于前视声纳的水下机器人避碰方法，其特征在于：避碰控制策略分为反应式避碰和慎思式避碰两种，控制装置通过对这两种避碰方法的结合调整航向和速度；根据声纳图像的处理结果对障碍的方位和距离分别定义表示危险程度的方位权函数和距离权函数；方位权函数定义为：函数w1代表准高斯曲线，sgn为符号函数，参数x，c和σ分别为位置、中心点和形状参数，形状参数σ决定曲线陡度；距离权函数是一个非对称的多项式曲线，定义为：w2＝zmf(x，[a，b])函数w2代表准高斯曲线，a和b是曲线倾斜部分的极值，决定了曲线的凹度；距离权系数被定义为：小20米时为1，大于40米时为零；基于方位和距离的最后权值是由w1和w2的乘积决定，水下机器人的航向最大改变量为90度，航向的改变量定义为：ψoa(t，c)＝w1w2(π/4)其中，t为时间步长，c为被评估的障碍物；在单一时间步长内所有障碍物的避碰航向变量为：3.根据权利要求2所述的基于前视声纳的水下机器人避碰方法，其特征在于：前视声纳的有效扫描区域划分为3个扇区和4个圆环组成的12个区域；3个扇区把声纳扫描区域等分为左、中、右三部分；4个圆环由内向外代表严重危险、危险、报警和预报警四个危险等级；机器人在避障运行时，其速度和壁障转角与危险程度是有关系的其公式为：ψ＝β+kθθV＝kvVt其中，β为全局路径规划得到的目标航向角，θ为遇到障碍物时机器人为躲避障碍而转的固定角度，ψ为由全局路径规划的目标航向角和避碰算法算出的避碰角度二者合成的航向角，kθ为根据障碍物与机器人的距离和角度进行航向调整时的角度系数，Vt为机器人的目标航速，kv为遇到障碍物时数度的调整系数。2CN103529844A说明书1/4页基于前视声纳的水下机器人避碰方法技术领域[0001]本发明涉及了一种基于前视声纳的水下机器人避碰方法，属于水下机器人智能控制技术领域。背景技术[0002]水下机器人在海洋科学研究、海洋开发、水下工程以及军事等方面都有广泛的应用前景。水下机器人工作在复杂的海洋环境里，可能存在未知的障碍物如暗礁、堤坝、航行路线上驶过的船只、海中浮游物体、水下设施等，这些都可能造成水下机器人执行任务的失败甚至威胁水下机器人的生命。[0003]避碰声纳有距离声纳和声像声纳两种，目前采用的是距离声纳。距离声纳只能返回障碍物的距离信息，通常需要在机器人载体的前、左、右、下、左前、右前方向配着多个声纳，根据这些声纳返回的数据判断障碍物的距离和方位。这种方法应用简单但是存在盲区，并且只能探测比较大的而且简单的障碍区信息。发明内容[0004]本发明要解决的技术问题是克服上述缺陷，提供一种智能水下机器人的自主避障方法，该方法根据人工智能的原理，把反应式避碰方法和高层次的慎思式避碰方法结合起来，提高水下机器人的避障能力。[0005]本发明所采用的技术方案是：[0006]一种基于前视声纳的水下机器人避碰方法，其特征在于：包括水下机器人，水下机器人上设置由于前视声纳、位姿传感器、控制装置和执行机构；控制装置根据前视声纳和位姿传感器测得的数据执行避碰控制策略，调整执行机构的控制量，进而调整水下机器人的位姿躲避障碍。[0007]作