[发明专利]一种基于几何法的无人艇动态避障方法和系统

说明书

本发明公开了一种基于几何法的无人艇动态避障方法和系统，属于路径规划领域。本发明在无人艇感知传感器的检测范围内，计算无人艇和每个障碍物的碰撞风险，对于存在碰撞风险的障碍物，提前进行避障动作，从障碍物运动的后方避开障碍物，保障无人艇的安全，在避障过程中，无人艇基本保持直线航向，在避障点处进行航向调整，缩短无人艇的避障航程，该避障方法对静止障碍物和动态障碍物都具有良好可靠的避障效果。本发明基于几何原理计算每个障碍物的避障点，采用LOS跟踪方法对避障点进行跟踪，间接控制无人艇的航向，降低了路径规划对无人艇运动模型的依赖。

技术领域

本发明属于路径规划领域，更具体地，涉及一种基于几何法的无人艇动态避障方法和系统。

背景技术

水面无人艇(Unmanned Surface Vessel，USV)，简称无人艇，是一种水面智能机器人，能够实现自主航行、自主路径规划以及自主作业，并且能够自主感知环境信息。无人艇无论是在军事上还是在民用上都具有广泛的应用，可以完成一定的海上作战任务，对制定区域的探测、搜索、监视任务，以及对特定目标的围捕等和海岛之间物资投送任务等军事任务，还可以完成河湖水资源的检测、堰塞湖探测和水上救援等民用功能。海上环境复杂，不仅存在暗礁、岛屿、灯塔等静止障碍物，同时也存在其他船只和大型漂浮物等动态障碍物，要求无人艇能够在自主完成航行完成任务，则无人艇必须能够独立自主完成路径规划，因此路径规划是无人艇能够安全自主航行的关键。

路径规划分为基于已知地理信息全局路径规划和基于传感器信息的局部路径规划：基于已知地理信息全局路径规划时，全局路径规划在与任务下达给无人艇的时候，无人艇根据出发点和目标点的位置以及已知的地理信息，规划出一条能够避开已知静止障碍物的路径；基于传感器信息的局部路径规划时，在无人艇执行任务的过程中，为了保证无人艇的安全航行，根据艇上装备的实时环境感知传感器信息，在检测新的动态或静态障碍物时，进行局部路径规划，避开新出现的障碍物。

然而，无人艇与其他机器人相比，具有大惯性、长时延、非线性、模型复杂等运动特性，目前无人艇局部路径规划技术极少结合无人艇的运动特性，实际的避障路径不理想；另外，目前无人艇局部路径规划算法基本采用直接控制无人艇航向的方向，直接控制无人艇航向的方法则需要基于无人艇的运动学模型，对不同运动学模型的无人艇不具备通用性。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于解决现有技术无人艇局部路径规划方法避障路径不理想、不具备通用性的技术问题。

为实现上述目的，第一方面，本发明实施例提供了一种基于几何法的无人艇动态避障方法，该方法包括以下步骤：

S0.获取无人艇的目标点位置信息，初始化避障点集合为{目标点}，判断检测到的障碍物个数n是否大于0，若是，初始化t为1，进入步骤S1，否则，直接进入步骤S7；

S1.判断t是否大于n，若是，进入步骤S7，否则，进入步骤S2；

S2.获取无人艇与第t个障碍物的位置信息和速度信息；

S3.根据目标点位置信息、无人艇与第t个障碍物的位置信息和速度信息，计算无人艇与第t个障碍物之间位置关系参数、无人艇和目标点之间位置关系参数；

S4.根据无人艇和目标点之间位置关系参数，判断无人艇是否到达目标点，若是，停止动态避障，否则，进入步骤S5；

S5.根据无人艇与第t个障碍物之间位置关系参数、无人艇与第t个障碍物的速度信息、无人艇与目标点之间位置关系参数，判断无人艇与第t个障碍物是否存在碰撞风险，若是，进入步骤S6，否则，t加1，进入步骤S1；

S6.计算该障碍物对应的避障点，加入避障点集合，t加1，进入步骤S1；

S7.对避障点集合的每个避障点，计算其到无人艇的距离，找出距离无人艇最近的避障点；