基于改进栅格法和人工势场法的无人艇路径规划研究

发布时间：2021-10-21 08:21

　　无人艇作为一种新型的智能化装备,在海洋科研考察、海洋资源开发、海洋环境检测、海洋搜救和海洋军事领域有着极其广泛的应用前景,受到世界各国的日益重视。其中,路径规划是机器人导航控制系统实现智能化和自主化的关键技术,也是无人艇研究的重要内容,为满足无人艇在动态变化及不可预测的海洋坏境中完成自主航行的要求,需要不断提高无人艇路径规划的能力,确保系统规划出的路径高效且可靠,能够应对各种复杂的海洋环境。本文主要围绕A*算法和人工势场法对无人艇路径规划系统展开研究,包括大范围海域环境下的静态全局路径规划研究以及在未知动态环境下的局部路径规划研究。论文主要研究工作如下:首先介绍无人艇路径规划的研究背景和意义,分析了国内外对无人艇及其路径规划的研究动态和发展趋势。其次,对路径规划主要方法的原理及其优缺点进行分析和讨论,并根据无人艇运动控制特点和需求确定本文研究所采用的算法和方案。针对无人艇静态全局路径规划,首先利用静态搜索性能良好的A*算法规划得到基础的全局路径,同时利用膨胀腐蚀算法处理环境信息提高搜索效率,接着对栅格细分并采用势场法与A*算法相结合提高路径规划的精度,在此基础上提出了去除冗余节点和多余... 

【文章来源】：江苏科技大学江苏省

【文章页数】：73 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
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第1章 绪论
    1.1 选题的背景和研究意义
    1.2 课题国内外研究现状
        1.2.1 无人艇发展现状
        1.2.2 路径规划技术
    1.3 工作内容与论文结构
第2章 路径规划方法研究
    2.1 路径规划概述
    2.2 环境建模方法
        2.2.1 栅格法
        2.2.2 可视图法
        2.2.3 自由空间法
        2.2.4 拓扑图法
    2.3 路径搜索算法
        2.3.1 A*算法
        2.3.2 人工势场法
        2.3.3 遗传算法
        2.3.4 粒子群优化算法
    2.4 系统方案设计
        2.4.1 无人艇需求分析
        2.4.2 路径规划系统方案选择
    2.5 路径规划技术研究方向
        2.5.1 路径规划技术的融合
        2.5.2 多传感器的信息融合
        2.5.3 三维环境中路径规划的研究
    2.6 本章小结
第3章 基于势场栅格法的全局路径规划研究
    3.1 全局路径规划概述
    3.2 改进A*算法路径规划
        3.2.1 初始栅格粒度的确定
        3.2.2 腐蚀膨胀处理
        3.2.3 优化启发函数
        3.2.4 方向扩展策略选择
    3.3 势场栅格法路径规划
        3.3.1 栅格动态细分
        3.3.2 栅格势场的构造
    3.4 路径优化平滑
        3.4.1 节点优化处理
        3.4.2 折线光滑处理
    3.5 仿真测试结果比较
    3.6 本章小结
第4章 基于改进人工势场法的局部路径规划研究
    4.1 局部路径规划概述
    4.2 人工势场法原理分析
    4.3 人工势场函数的改进
        4.3.1 改进的引力场函数
        4.3.2 改进的斥力势场函数
    4.4 障碍连结法预处理
    4.5 改进局部极小问题
        4.5.1 动态环境目标不可到达
        4.5.2 动态环境局部最小陷阱
        4.5.3 斥力分解优化法
    4.6 自适应步长调整
    4.7 仿真试验
    4.8 本章小结
第5章 路径规划系统仿真
    5.1 无人艇推进模型
    5.2 系统总体框架
    5.3 系统仿真
    5.4 总结
总结与展望
    工作总结
    未来展望
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
致谢



本文编号：3448602