无人船避障规划算法研究

发布时间：2021-03-24 00:27

　　随着居民生活质量的提高,水面污染情况愈发严重。目前我国多采用人工打捞的方式来清理水面漂浮物,存在工作效率低、危险系数高等问题,设计一种环保且智能的水面清洁船刻不容缓。而自主避障作为无人船研究领域的核心问题,其水平高低在一定程度上反映了无人船的智能化程度。本文基于自行搭建的水面无人清洁船平台,对无人船的自主避障规划技术展开研究。本课题针对小型封闭水域的漂浮物清理问题,自行设计并搭建了水面无人清洁船平台。该平台采用双体船结构并利用差速转向原理实现小半径转向,机动性高可进入较狭窄区域作业,且搭载了相应的漂浮物打捞装置。最后通过数学模型与运动控制分析验证了所搭建平台的稳定性与实用性。要实现无人船的避障规划,首先需利用各种探测设备获取周围的环境信息,而该信息的准确性决定了最后的实际避障性能。针对单类传感器系统难以完整采集测距数据的问题,本文选取超声波传感器与激光雷达相组合来感知周围环境,并提出一种基于加权平均法与最小二乘法相结合的多传感器信息融合算法。实验结果表明,所提方法能有效提高测距系统的精确性与稳定性,误差控制在2cm以内。针对无人船航行期间周围环境动态变化、无法准确搭建运动学模型的问题,... 

【文章来源】：重庆邮电大学重庆市

【文章页数】：69 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

国外水面无人船实体

重庆邮电大学硕士学位论文第1章绪论3海大学自主设计的“精海1号”无人船在南海巡航首航成功，该船机动性较强且吃水深度浅，能深入浅滩、岛礁等常规船舶难以航行的水域执行地质勘探、水质监测等任务[23]，如图1.2(b)所示。2016年，珠海云洲智能科技有限公司推出“极行者”号无人船，如图1.2(c)所示，该船采用三体船型结构并集成了全隐身设计、智能吊放回收等多项新型技术，主要完成海洋测绘、地貌勘测等任务[24]。(a)“天象一号”(b)“精海1号”(c)“极行者”图1.2国内水面无人船实体1.2.2避障规划研究现状国外针对无人船领域的研究工作开展较早，同时在避障规划技术方面的研究也比较成熟，目前取得了一定的研究成果并广泛地投入实际应用当中。H.Kim等人[25]提出了一种角速率约束的Theta*算法，该算法考虑了无人船的角速度与航向角，有效提高了角度分辨率与算法实时性。NiuHanlin等人[26]基于Voronoi图与Dijkstra搜索算法，设计了一种基于C-Enduro型无人船的节能避障算法，在保证安全航行的同时提高了续航能力。C.K.Tam等人[27]提出基于国际海上避碰公约(COLREGS)的确定性协同避障规划算法，该算法能使无人船在会遇多艘船舶时成功避让，但未考虑船舶的碰撞危险度。T.Phanthong等人[28]使用多波束前视声纳来探测水下障碍物，并结合改进A*算法提高了无人船在复杂环境中的实时避障能力。TangPingpeng等人[29]针对高速无人船的运动控制特性建立了方向稳态模型和平移速度模型，并提出导航期间无人船的运动取决于制导角和制导平移速度。ZhangRubo等人[30]基于Sarsa强化学习算法实现了无人船的自适应避障，并提出了航向角补偿策略以抵消来自海风与洋流的干扰。WuGongxing等人[31]利用电子海图数据和雷达信息对海洋环境进行建模，并为无人船的智能防?

无人船SoildWorks图


本文编号：3096695