基于传感器信息的水下机器人动态避障研究

提出一种新的基于传感器信息的自治式水下机器人(AUV)动态避障方法。介绍了传感器的工作原理。通过栅格法把传感器采集的AUV运行环境障碍信息进行合理描述,并预测动态障碍物的速度,保证AUV能够根据传感器信息躲避障碍物,达到航行要求。最后,通过仿真实验对机器人自主避障能力进行了验证。     

基于多数据融合的智能定位传感器避障算法研究

在智能定位传感器内增加避障算法，可使机器人拥有自动躲避障碍的能力，该文基于多数据融合设计智能定位传感器避障算法。设置激光雷达测距和超声波测距作为多传感器障碍检测的方法，获取机器人当前位置与障碍点坐标的相对几何关系，计算机器人与障碍点位置的距离，定位路面障碍点，对2种传感器收集到的数据进行多元障碍定位信息的加权融合。设置智能机器人避障轨迹目标函数以及约束条件，设计机器人避障算法，得到基于定位传感器的机器人避障方法。实验结果表明，在简单环境及复杂环境下机器人均未与障碍物相撞。在运行轨迹中随机放置障碍物，机器人能够及时完成运行轨迹的变化。由此可见，该避障算法具备较好的应用前景，可应用于各种智能机器人中。     

月球软着陆避障段定点着陆导航方法研究

我国正在实施月球软着陆工程,月球软着陆避障段是着陆器动力下降过程的关键阶段.在该阶段,导航系统除了需要提供着陆器的位置、速度和姿态测量信息外,还需要识别月表障碍、寻找安全着陆点并将着陆器导引到该着陆点.软着陆避障段的自主导航以惯性导航为基础,为了克服惯性导航的累积误差,并实现对安全着陆点的高精度相对导航,需要引入图像敏感器与测距仪的测量信息对惯导系统加以修正.为此,本文提出了一种基于图像信息的高精度相对导航方法,首先用图像处理技术选择着陆区,然后通过跟踪自主选择的特征点序列实现精确的相对导航.仿真计算表明,该方法能够有效地修正惯性导航误差,实现安全避障和精确定点软着陆.     

多移动机器人避障编队控制

研究多移动机器人避障优化设计,针对多移动机器人在障碍物环境下的编队控制问题,为了保持整体合理避障和控制系统的稳定性和安全性,提出一种多机器人避障编队控制策略.首先获得多移动机器人编队的队形结构模型,结合多机器人完成避障编队任务的问题描述;在此基础上引入导航函数采用一种避障编队控制算法,使移动机器人能以设定的队形运动到目标点,可保证编队运动过程中未与障碍物发生碰撞.进行仿真的结果证明,所提算法解决了多机器人编队与避障问题,并保证了闭环系统的稳定性与安全性,验证了设计方法的有效性.     

基于激光雷达的室外移动机器人避障与导航新方法

提出了一种应用于室外移动机器人避障与导航的新方法——角度势场法．此方法将当前视场极坐标系的二维障碍物信息转换到一维的角度域内,综合评估视场内的障碍物在角度域内产生的阻力效应,以及目标点在角度域内产生的引力效应,计算得出当前目标角度及通行函数,确定移动机器人驾驶角和速度的控制输出,做到兼顾移动机器人的安全与向目标点的行进．此方法已应用于室外移动机器人THMR V．     

海流环境下多AUV多目标生物启发任务分配与路径规划算法

针对多障碍物海流环境下多自治水下机器人(AUV)目标任务分配与路径规划问题, 本文在栅格地图构建的 基础上给出了一种基于生物启发神经网络(BINN)模型的新型自主任务分配与路径规划算法, 并考虑海流对路径规 划的影响. 首先建立BINN模型, 利用此模型表示AUV的工作环境, 神经网络中的每一个神经元与栅格地图中的位 置单元一一对应; 接着, 比较每个目标物在BINN地图中所有AUV的活性值, 并选取活性值最大的AUV作为它的获 胜AUV, 实现多AUV任务分配; 最后, 考虑常值海流影响, 根据矢量合成算法确定AUV实际的航行方向, 实现AUV路 径规划与安全避障. 海流环境下仿真实验结果表明了生物启发模型在多AUV水下任务分配与路径规划中的有效性.     

基于行为优先与模糊控制的移动机器人导航

由于动态未知环境下自主移动机器人的导航具有较大困难,为实现自主机器人在动态未知环境下的无碰撞运行,文中将行为优先级控制与模糊逻辑控制相结合,提出4种基本行为控制策略:目标寻找、避障、跟踪和解锁.针对'U'型和'V'型障碍物运行解锁问题,提出了行走路径记忆方法,并通过构建虚拟墙来避免机器人再次走入此类区域.仿真实验表明,所提出的控制策略可有效地运用于复杂和未知环境下自主移动机器人的导航,且具有较好的鲁棒性和适应性.     

机器人二维环境下仿人虚拟力场避障研究

动态环境下避障是机器人实现自主运动的关键。首先建立了适合虚拟力场算法的机器人工作环境数学描述。将人避障行走策略引入虚拟力场中,具体包括：设计了单元格障碍物可信度的邻域平滑累积值计算方法,模拟人对移动障碍物的躲避策略;建立可信度的不确定推理计算方法,处理信号和环境存在干扰问题;设计了基于目标点方位角的吸引力计算公式来解决目标点超出感知空间问题;设计了变权重加权排斥力计算方法,使机器人对前进方向的障碍更敏感;借鉴人绕开障碍物策略,采用临时旋转目标点方向得到的虚拟目标点来使机器人沿障碍物运动直到绕开。针对房间和街面环境,在MobotSim平台上进行仿真实验,给出了实验结果和分析。在合理设置参数下,机器人能避开障碍物到达目标点,且避障路径优于传统的虚拟力场方法。结果验证了该方法的有效性。     

一种虚拟人导航运动的路径规划算法

提出了一种虚拟人在复杂的3D障碍环境中根据导航目标快速进行最优路径规划的算法,该算法以使用栅格法表示虚拟环境为基础。首先,将虚拟环境中虚拟人高度范围内所有障碍物的几何形状映射到一个离散的2D位图,并对障碍物进行“膨胀”;然后,使用提出的算法规划出一条从初始位置到目标位置的最优路径,引导虚拟人在虚拟环境中进行导航运动。该方法可以在较少的内存代价和计算代价的情况下,快速规划出从虚拟人目前位置到目标位置的最优路径,算法的可行性和有效性经过实验验证。     

水面无人艇模糊近域图避障方法研究

针对复杂海洋环境下水面无人艇(USV)的危险规避问题,介绍一种基于局部环境信息感知的避障算法——近域图(ND)法。结合 USV高速的特性及ND法在速度控制上的跳跃性,采用模糊理论平滑速度输出,对ND法进行改进。在速度控制中加入与周围障碍物距离相关的动态系数,从而减小USV自身惯性带来的危险规避动作误差,提高了其安全性。VxWorks系统下的仿真结果表明,改进的模糊ND法能够使USV在复杂的环境下准确、快速地躲避障碍物并到达目标点。     

基于三维速度势场的AUV局部避碰研究

以势场方法的思想为出发点,提出一种基于速度势场的AUV局部避碰仿真方法．根据AUV的特点建立了空间碰撞危险区域和由水平面速度势场和垂直面速度势场组成的三维速度势场．该方法较好地利用了相对速度的信息．仿真实验证明此方法可以使AUV在水下多运动障碍物的环境中得到较好的局部避碰效果,为今后的海试打下了很好的基础．     

自治水下机器人的自主启发式生物启发神经网络路径规划算法

针对复杂海流环境下自治水下机器人(autonomous underwater vehicle, AUV)的路径规划问题,本文在栅格地图的基础上给出了一种基于离散的生物启发神经网络(Glasius bio-inspired neural networks, GBNN)模型的新型自主启发式路径规划和安全避障算法,并考虑海流对路径规划的影响.首先建立GBNN模型,利用此模型表示AUV的工作环境,神经网络中的每一个神经元与栅格地图中的位置单元一一对应;其次,根据神经网络中神经元的活性输出值分布情况并结合方向信度算法实现自主规划AUV的运动路径;最后根据矢量合成算法确定AUV实际的航行方向.障碍物环境和海流环境下仿真实验结果表明了生物启发模型在AUV水下环境中路径规划的有效性.     

远程自治水下机器人三维实时避障方法研究

海洋环境通常是不确定、非结构化和未知的，而远程AUV（LAUV）的避障声纳对环境感知有一定的局限，因此很难建立起精确、完整和统一的三维环境模型．LAUV实时避障是一个实时性很强的动态过程，它不但与环境有关，而且还与LAUV的运动学约束、动力学特性和操纵性有关．针对上述问题本文提出了一种基于复合控制的三维实时模糊避障方法．     

基于双旋Lyapunov矢量场的无人机避障算法

提出一种基于双旋Lyapunov矢量场的无人机避障算法.首先,建立无人机和障碍物的模型,并根据无人机有限时间是否会侵犯障碍物安全圆设计避障判定规则;然后,基于最小侧向偏移量原则选定避障机动中无人机速度旋转方向为最优避障方向,选定其反方向为矢量场旋转方向,定义成功避障的标准并进行证明;最后,通过建立的障碍物合并规则提升避障效率,使得上述方法适用于未知环境下的无人机在线避障.仿真结果表明,在无人机性能约束下,所提出的算法对动态和静态障碍都能有效避障,算法性能优于Dubins路径和人工势场法.     

基于运动平衡点的水下机器人自主避障方式

当前大多数水下机器人的实时避障方式只简单地考虑了目标和障碍物之间的相对距 离,并没有考虑实际的海洋环境以及会不会对控制器产生不利的影响．本文研究的目的就是 从实际出发,通过设定各个自由度上的运动平衡点,将水下机器人的自主避障规划和运动控 制结合起来,设计出一个集目标、障碍物和控制性能一体的避障规划方式,从仿真实验结果 来看,机器人可以安全地通过障碍空间,到达目的地．     

自主水下航行器避障的视景仿真实现

为了在虚拟环境下模拟自主水下航行器的避障过程,基于软件平台MuhiGen Creator和Vega,在HP图形工作站上开发了自主水下航行器避障视景仿真平台.提出了一种避碰声纳的仿真方法,利用Vega提供的碰撞矢量函数和自定义的Vol-ume碰撞方式,模拟前视卢纳的功能,并利用Vega的Isectors来仿真避碰声纳发现障碍物的过程.在AUV避障的视景仿真中运用,实现了虚拟环境下自主水下航行器避障.仿真结果表明,视景仿真能够使仿真系统更加逼真和接近于实际情况,并且满足系统仿真的实时性要求.     

结合光流和人工势场的风管机器人避障方法

风管清扫机器人是一种用来清扫中央空调通风管道内壁的机械手,工作环境恶劣、管道空间障碍复杂。风管清扫机器人的无碰撞运动对于实现其3D非重复接触和高速旋转刷的最优遍历清洗至关重要。以光流密度作为使用避障的光源,结合光流和人工势场法,以光流法进行障碍物检测,人工势场法进行避障规划,提出一种局部路径规划的障碍物检测及避障方法。实验结果表明,斥力势场矢量指向避开障碍物的方向,而且势场主要受障碍物的光流的影响,并由最近的障碍物来确定。通过与平衡策略方法对比,也验证了此方法的有效性。     

基于滚动速度障碍法的无人机山地航测避障路径规划研究

无人机在进行山地航测时,经常遭遇鸟类等动态障碍,若不能及时规避掉障碍,极容易发生坠机事故。为此,研究一种基于滚动速度障碍法的无人机山地航测避障路径规划方法。基于山地环境模型,结合飞行路径长度、路径平滑度建立一个综合目标函数并利用改进布谷鸟搜索算法求解,得到无人机山地航测的初始路径。对图像进行预处理后,识别无人机初始路径飞行过程中遇到的障碍物,并通过超声波测量无人机与障碍物之间的距离,以此建立速度障碍模型,实现速度障碍碰撞分析,通过滚动窗口的方式确定无人机与障碍物是否存在飞行冲突。基于滚动速度障碍避障方法实现滚动角度避障和速度避障,获取最终的优化路径,完成基于滚动速度障碍法的无人机山地航测避障路径规划。测试结果表明:航测避障路径长度为571.45m,平滑度为165.52,规划的方案更具合理性。     

基于三维成像声纳技术的AUV前视避障方法

针对自主式水下航行器（ AUV）在水下自主航行过程中的避障问题,提出了一种基于三维成像声纳技术的前视避障方法。该方法使用三维成像声纳探测目标,通过声纳目标图像处理提取目标,完成目标的运动状态分析和轨迹预测。通过设置碰撞区域,建立避障模型和设计避障规则,实现了AUV的智能化避障。借助于其他传感器,这些关联模块构成了一个集目标探测、目标提取、轨迹预测、避障与路线回归等功能于一体的闭环系统。