一种基于多线激光雷达的无人艇避障系统设计

发布时间：2021-10-30 02:11

　　为了实现无人艇在复杂的海洋环境下能够顺利地躲避障碍物,并按照相应的设计路线进行自主航行的目的,完成了一种基于多线激光雷达的海上无人艇软硬件设计。利用多线激光雷达获得周围环境中的连续数据和无人艇实时的位姿信息,建立无人艇所在位置的坐标系,对无人艇周围环境中的障碍物点云数据进行过滤、聚类和分割处理。在角度与距离上同时对障碍物进行分类,判断每个角度中障碍物的占比是否小于预设阈值,使用改进的A*算法对无人艇路径进行规划,使无人艇按照规定的路线航行。 

【文章来源】：中国造船. 2020,61(S1)北大核心EICSCD

【文章页数】：9 页

【部分图文】：

无人艇避障系统硬件结构设计框图

扛鼋诘愕礁浇?掣龇段?诘乃?薪诘?的平均距离，来判断所有节点是否为离群点；然后在对剩下的所有点云数据采用聚类，通过聚类可以减少物体的边界点以及噪声点对物体特征分割的影响；最后利用欧式分割原理对所有点进行分割，由于距离不同的点的疏密度不同，即距离越远的点，点与点之间的距离将变大，因此根据距离采用不同的点距分割方法，如图4(c)所示为分割后的点云数据图。利用分割后的点云数据图可以对障碍物所在的位置以及大小做出判断。（a）点云数据对应的实物图（b）原始点云数据图（c）点云数据分割图图4激光雷达数据处理图2.3平面分割由于激光雷达的探测距离很远，而无人艇的速度有限，故将激光雷达扫描到的数据在x-y二维平面上进行平面分割。如图5(a)所示，首先对无人艇水面以上的障碍物按照高度进行分类，分为高、中、

?⒓锹嫉鼻敖诘?为其父节点；（2）判断当前节点的父节点与遍历节点是否相通，若相通，则比较其两者代价g(n)的大小，若当前节点的父节点的代价较小，则更新表中的代价，并把遍历节点的父节点指向当前节点的父节点；若不通，则直接比较当前节点的代价g(n)与OPEN表中已遍历的节点，若当前节点的代价较遍历节点的代价小，则更新表中的代价和父节点。步骤6：转至步骤3，继续循环，直至找到解或无解退出。3试验结果分析3.1仿真试验结果为了验证避障算法的可行性，在MATLAB上对其进行验证，如图6所示。其中图6(a)为A*算法的仿真图，图6(b)为改进后的仿真结果图，从图6(b)中可看到运行轨迹很平滑，在保证了最大转弯角的前提下，使运动轨迹远离障碍物。起始点目标点xw/myw/m起始点目标点xw/myw/m（a）原始算法仿真（b）改进后算法仿真图6路径避障仿真结果为了使无人艇按照即定路线运行，即在初始时刻给无人艇设定一个路线，若无人艇在中途遇到障碍物应进行躲避，躲避后应使无人艇最大限度地接近原始计划路线运行，因此采用改进后的A*算法与基于向量的自修正导航算法[10]结合的方法进行路径规划与避障，此时无人艇既可以接近原定路线运行，又可以躲避多个障碍物到达目标位置，如图7所示。

【参考文献】：
期刊论文
[1]改进A*算法的AGV路径规划在智慧仓储中的应用[J]. 邢普学,李强,魏巍,严建荣,李立光.  信息技术. 2019(05)
[2]基于VFH*的水面无人艇局部避障方法[J]. 魏新勇,黄烨笙,洪晓斌.  中国测试. 2018(12)
[3]基于3D激光雷达的无人水面艇海上目标检测[J]. 李小毛,张鑫,王文涛,瞿栋,祝川.  上海大学学报(自然科学版). 2017(01)
[4]无人船艇的发展及展望[J]. 张树凯,刘正江,张显库,刘玉.  世界海运. 2015(09)
[5]A*的改进路径规划算法[J]. 漆阳华,杨战平,黄清华.  信息与电子工程. 2009(04)

硕士论文
[1]水上无人艇北斗导航与光学避障系统的研究[D]. 周彤.燕山大学 2018



本文编号：3465837