基于改进快速行进平方法的无人帆船动态避碰方法

[目的]为解决无人帆船在开阔水域的多船避碰问题,对基于改进快速行进平方(IFMS)法的局部动态避碰算法进行研究。[方法]考虑到帆船的速度不可控,将其避碰行为转化为航向控制问题,并以总势场梯度下降方向为期望避碰航向。当帆船没有碰撞危险或顺风航行时,仅通过构造时间势场来避开所有静止不规则障碍并到达目标点;而当帆船存在航行约束时,根据《国际海上避碰规则》(COLREGS)为特定会遇场景设计高斯似然函数用以动态地构建障碍势场。同时,考虑到帆船的航行死区,引入局部风势场,实现帆船动态避碰与“之”字形航行策略相结合的应用需求。[结果]结果显示,所提算法可以使无人帆船在遵守避碰规则和避免航行死区的同时,成功地在各种会遇场景下实现与其他帆船、受限机动船的避碰操作,相比原始快速行进平方(FMS)算法,逆风航行时间大大缩短,避碰航迹也更加合理、安全。[结论]所提方法符合帆船运动特性及避碰规则,在复杂环境下具有较高的安全性和鲁棒性,对无人帆船自主避障技术发展具有一定的科学价值。

基于快速进行平方算法的巡检机器人路径规划研究

针对目前快速行进平方法在实际场景中对Sat值选取缺乏评价尺度的问题,提出一种改进的快速行进平方法以应用于巡检机器人的路径规划。该改进方法引入路径评价函数,通过对机器人行驶距离、行驶角度变化量和与障碍物的距离进行无量纲化处理,以获取当前环境下最优的截止阈值参数Sat。构建了PID控制算法,校正了机器人的动作误差。使用MATLAB软件绘制实际运动轨迹,比较相关路径参数。仿真实验表明,改进后的快速行进平方法可根据截止阈值参数Sat生成适用于不同车型和环境特点的最优路径。该研究的改进方法为巡检机器人在实际应用中的路径规划提供了参考。

基于改进快速行进平方法的多移动机器人聚集路径规划与控制

针对多移动机器人聚集的路径规划与控制问题,本文提出了基于改进快速行进平方法的路径规划策略.首先,运用分段函数改进了速度图,实现了更安全、更高效的路径规划,可以将快速行进网格地图上的速度映射到真实机器人速度上,并且减少传统快速行进平方法在回溯路径过程中产生的冗余路径;接着,针对多移动机器人聚集过程总能耗最小、聚集点附近空间最大、聚集队形约束下的聚集过程总能耗最小三种任务需求,分析设计不同的目标函数,给出多移动机器人的聚集点和对应规划路径,展示本文方法的有效性以及在不同场景下的适用性.最后,在车辆动力学模型基础上,使用模型预测控制以改进后的快速行进网格地图上的速度作为机器人参考速度进行了轨迹跟踪仿真实验,实现结果显示跟踪误差减小,验证了本文改进速度场的有效性,可适用于真实环境下多移动机器人聚集路径规划与控制.

基于快速行进平方法的水面无人船路径规划

针对水面无人船控制系统中的重要组成部分之一的路径规划,本文基于快速行进平方法对其进行了研究.首先建立了路径评价函数,根据水面无人船所处的真实环境,对基于不同参数Sat规划所得路径的特征进行量化,从而选择适用于本海域的Sat值,以进行动态环境下路径规划的研究.之后,本文对快速行进平方法进行了适当改进,对路径规划过程进行了优化,当无人船没有碰撞危险时,仅使用快速行进平方法进行一次全局路径规划,而当无人船探测到障碍船只后,再利用快速行进平方法进行局部路径规划.并在此过程中对速度势场进行改良,人为加入不可航行区域,使得无人船沿局部路径航行时,可以做出符合国际海上避碰规则所规定的动态避碰行为.最后,通过Matlab仿真,将本文提出的改进快速行进平方法与原始快速行进平方法进行对比,验证了本文提出的改进算法可以极大减小路径规划的时间,所得到的路径光滑且连续,在复杂环境下具有较高的安全性,适用于水面无人船在实际中的应用.