[发明专利]基于流函数法的水下搜救机器人路径规划方法

权利要求书

1.一种基于流函数的水下搜救机器人路径规划方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：通过声呐和摄像头获取水下环境，进行地形建模；

步骤2：当前方障碍物出现重叠时，建立前方障碍物的虚拟障碍物；

步骤3：根据所述步骤2中建立的虚拟障碍物，并基于流函数法重新规划路径，具体步骤如下：

步骤31：在规划空间内建立坐标系，定义起始点和目标点；

步骤32：在目标点处加入流动，其复势为：f_s(z)＝-Cln(z)，则流函数为：流函数在x方向上的速度分量为：在y方向上的速度分量为：

其中，C为流场的强度；

步骤33：加入虚拟障碍物的坐标和半径，根据圆定理获取流场的复势：

则流函数为：

流函数在x方向上的速度分量为：

流函数在y方向上的速度分量为：

其中，b＝b_x+ib_y；(b_x，b_y)为障碍物的坐标；a为障碍物的半径；m＝a²(y-b_y)+b_y[(x-b_x)²+(y-b_y)²]；n＝a²(x-b_x)+b_x[(x-b_x)²+(y-b_y)²]；

在多个障碍物时采用速度加权求和的办法；

步骤34：解常微分方程组获得流线方程L(x,y)，即为重新规划的路径；

步骤4：基于水下搜救机器人约束条件对所述步骤3中重新规划的路径进行路径优化，具体方法为：

当所述步骤1中获得的急迫等级为预设急迫等级时，将选择所述地形建模中的障碍物威胁值为中等的区域作为水下搜救机器人约束条件的标准对所述步骤3中重新规划的路径进行路径优化；

当所述步骤1中获得的急迫等级为预设紧急等级时，将选择所述地形建模中的障碍物威胁值为中等的区域作为水下搜救机器人约束条件的标准对所述步骤3中重新规划的路径进行路径优化，在基于水下搜救机器人约束条件对所述步骤3中重新规划的路径进行路径优化的过程中，将机器人预留的安全距离减少20％；

当所述步骤1中获得的急迫等级为预设不急迫等级时，将选择所述地形建模中的障碍物威胁值为低等的区域作为水下搜救机器人约束条件的标准对所述步骤3中重新规划的路径进行路径优化，

完成路径规划过程。

2.如权利要求1所述的基于流函数的水下搜救机器人路径规划方法，其特征在于，所述步骤1中还包括：通过生命体征探测器获取目标生命体征，根据目标生命体征以及相距距离获得急迫等级。

3.如权利要求1所述的基于流函数的水下搜救机器人路径规划方法，其特征在于，所述步骤1中通过声呐和摄像头获取水下环境，进行地形建模，具体是通过前置声呐获取水下环境，先将声呐获取的水下环境的信息进行中值滤波和灰度化处理，将摄像头获取的水下环境的信息进行拉普拉斯金字塔融合处理，再通过膨胀法对水下环境中的不规则地形进行填充扩张处理，最后进行栅格化地形信息，将周围威胁进行坐标描述，完成地形建模。

4.如权利要求1所述的基于流函数的水下搜救机器人路径规划方法，其特征在于，所述步骤2中当前方障碍物出现重叠时，还包括：将小障碍物集群化后再建立虚拟障碍物。