融合图像识别和VFH+的无人艇局部路径规划方法

针对水面无人艇在复杂海况下的局部避障问题,文中引入深度学习方法来处理视觉信息,提出了结合VFH+算法的水面无人艇的局部路径规划方法.首先利用对称的编码器-解码器结构的图像语义分割模型和Faster RCNN网络模型进行水面边界线检测及水面障碍物识别,构建水面无人艇环境模型;然后采用基于VFH+的局部路径规划方法,通过逐步构建主直方图、二元直方图和掩模直方图压缩环境数据,引入合理的代价函数来获取实现水面无人艇的有效避障方向规划.在MODD图像数据集上的仿真实验以及实船避障实验结果表明,该方法能有效地提取水面图像信息,并得到合理的局部路径规划策略,在10 kn航速下的避障轨迹平滑,可满足水面无人艇的自主避障需求.     

面向不稳定障碍物的无人艇自主避障方法

为解决无人艇自主避障中感知系统测得的障碍物信息不稳定问题,提出一种符合国际海事避碰规则(COL-BEGS)面向不稳定障碍物的改进速度障碍算法(Improved Velocity Obstacle,IVO),算法利用最小会遇时间、距离自适应阈值来优化避障状态判断;使用滑动窗口以及前视视线解决无人艇因障碍物信息不稳定导致在进入和退出避障状态时的边界跳动问题;通过设置角度缓冲区降低了避障中避碰规则的频繁切换.最后,在自主开发的无人艇半物理仿真系统中与传统VO算法进行了对比,结果表明,IVO算法在边界判断和避障稳定性上较传统方法更有优势,证明了算法的有效性和可行性.     

基于改进蚁群算法与Morphin算法的机器人路径规划方法

 针对动态复杂环境下的机器人路径规划问题,建立栅格地图模型,研究一种改进蚁群算法与Morphin 算法相结合的动态路径规划方法。改进蚁群算法引入拐点参数评价路径优劣,并对路径进行拐角处理以及变更拐角处信息素更新机制,使规划的全局路径更加平滑;Morphin 算法则在机器人行走时,根据全局路径的局部环境实时规划局部路径,使机器人有效地躲避障碍物。仿真试验结果表明,该方法结合全局规划与局部规划的特点,能够使机器人沿着一条短而平滑的最优路径快速、安全地到达目标点。     

基于速度障碍法和动态窗口法的无人水面艇动态避障

速度障碍法是一种普遍应用在无人水面艇(unmanned surface vehicle,USV)上的动态避障方法,但传统的速度障碍法未考虑无人水面艇运动学性能与障碍物运动信息误差的影响,也未明确何时开始避障与结束避障.在速度障碍法的基础上,用椭圆表示无人水面艇与障碍物,给出一种求解椭圆切线的方法;将动态窗口法与速度障碍物法相结合,考虑无人水面艇的运动学性能,只使用无人水面艇在给定时间内能到达的速度和方向进行避障计算;通过比较碰撞时间与无人水面艇避开障碍物所需的时间来确定何时开始避障,并提出一种结束避障的判断方法;为了减小障碍物运动信息误差的影响,提出了一种虚拟障碍物方法.最后,通过仿真实验验证了该避障方法的可行性与有效性.     

基于连续自适应均值漂移和立体视觉的无人机目标跟踪方法

为设计一种可自动跟踪、避障的无人机视觉导航技术,将无人机同时搭载双目和单目摄像头:单目摄像头采集无人机相对于被跟踪物体的图像,并采用经Kalman预测器优化的连续自适应均值漂移算法对目标进行有效跟踪;双目摄像头实时采集无人机前进方向上的图像信息,并利用SGM算法计算深度图以分割出无人机前进方向上的障碍物信息。无人机在跟踪目标物体的同时,可自主避开行进方向上的障碍物。实验结果表明,该方法可以有效引导无人机持续、精确地对目标物体进行跟踪,并在跟踪过程中及时躲避前进方向上的障碍物。     

一种基于模糊识别的移动机器人避障算法

设计了一种基于障碍物模糊识别的移动机器人避障方案.移动机器人的视觉导航,具有信息量大的特点,在避障中相对其他传感系统,有一定优势.视觉图像处理计算量大复杂度高,避障中采用模糊控制的思想,减少图像矩阵精确变化和处理,选取障碍物图像中部分边缘点作为特征坐标点,据此设计模糊控制算法识别出障碍物其大致的姿态信息.根据障碍物图像大致姿态信息和其在视觉探测图像区域的方位信息,设定一组虚拟目标点序列,合理规划移动机器人的安全避障路径.最后,仿真试验演示方案良好的避障效果,证明在简单视觉环境中可行性和有效性.     

基于AHPSO算法的无人艇多目标路径规划

为达到在实际水流环境中减小无人艇的能耗和保证无人艇安全等目标,提出一种自适应混合粒子群(AHPSO)算法用于无人艇的全局路径规划.首先,根据实际水流中无人艇路径能耗等因素,提出路径规划的目标,建立多目标优化方程;其次,分析适用于全局路径规划的粒子群算法,将全局与局部粒子群算法结合,生成混合粒子群算法;最后,针对标准粒子群算法早熟收敛等问题,采用自适应原理来改变惯性权重和加速系数,有效提高算法的寻优速度和精度.仿真结果显示:所提出的算法比单独采用全局或局部标准粒子群算法有更好的寻优性能,可实现多目标优化,更适用于实际水流环境中的无人艇路径规划.     

融合A-Star与DWA双优化算法的自动引导车路径规划

自动引导车的应用越来越广泛，为了达到自动引导车在路径规划中要达到全局最优，实时避障的要求，提出了一种优化A-Star算法与优化DWA算法相融合的自动引导车路径规划方案。A-Star算法能找到全局最优路径，根据A-Star算法进行优化，引入自适应启发函数，并进行路径关键点选取，删除冗余路径点。优化后的A-Star算法解决了传统算法规划效率低，路径不平滑的问题。动态障碍物躲避采用DWA算法，优化评价函数，提升了规划效率。仿真结果表明，融合优化后的A-Star算法与优化后的DWA算法，减小了搜索范围，提高了路径规划效率且能实现避障的效果。该融合算法相较其他融合算法在路径规划效率上有很大提升，最终实现全局最优路径规划和局部动态实时避障。     

基于深度学习的无人机单目视觉避障算法

针对基于单目视觉的无人机(UAV)避障问题,本研究提出基于单目深度估计和目标检测的四旋翼自主避障方法。其中,单目深度估计模型提供障碍物像素级别的深度信息,目标检测模型提供障碍物的位置信息。单张红绿蓝(RGB)图像的深度图和目标检测结果由卷积神经网络(CNN)获得;图像的区域划分以目标检测结果为依据,区域深度以深度估计结果为计算依据;规划算法依据区域深度和区域划分结果计算无人机的线速度和角速度,实现无人机的自主避障。为验证算法的自主避障性能,采用Parrot Bebop2无人机对本研究提出的算法与直飞算法进行实飞对比实验。结果表明:本研究提出的算法可用于四旋翼无人机的低速自主避障。     

基于3D激光雷达的无人水面艇海上目标检测

无人水面艇(unmanned surface vehicle,USV)实现自主导航避障需要实时感知周围的环境信息,检测出威胁无人水面艇航行的障碍物,而3D激光雷达在无人系统障碍检测中起重要作用.提出了一种基于3D激光雷达的障碍检测算法,即将一个周期内的3D激光点云投影到2.5D栅格地图中,对障碍物进行聚类分割;对栅格中的原始点云数据进行特征提取,表示为椭圆障碍物.而多帧激光数据采用最近邻数据关联识别出其中的动态障碍物,并用卡尔曼滤波实时跟踪.基于电子海图的仿真激光数据验证了该方法在无人水面艇障碍检测中的有效性.     

基于势场法的无人车局部动态避障路径规划算法

根据无人车动态实时避障的需求,提出一种基于人工势场法的局部避障路径规划算法,通过改进势场环境及势场力来解决传统势场法局部极小值和目标不可达的问题. 考虑车辆碰撞安全性,对侧向动态障碍物和同向动态障碍物工况进行分析,采用动态窗口法进行实时动态避障规划. 同时为保证规划路径的平滑性和可跟踪性,采用贝塞尔曲线对轨迹进行平滑处理. 最后,在CarSim和Matlab/Simulink 联合仿真平台下,对所提出的控制算法进行验证. 仿真结果表明了规划算法的避障有效性、安全性以及可跟踪性.      

基于改进双向A星和向量场直方图算法的无人机航路规划

现代无人机的行驶环境复杂多变,对无人机的航路规划不仅要求路径最短,同时还要满足实时性以应对突发威胁。提出一种离线规划和在线避障结合的航路规划方法。首先利用改进的双向A*算法对已知环境进行离线规划,并提出基于碰撞检测的动态步长和双向去除冗余点方法,在不影响路径精度的同时,缩短离线规划时间和路径。在无人机按照离线路径行驶过程中,当规划路径中出现突发威胁,利用VFH算法进行实时避障;对避障算法设置子目标,使无人机完成避障后能迅速回到离线轨迹,不影响全局路径的最优性.仿真实验表明,所提方法规划的路径长度短、耗时少,并能有效避开突发威胁,充分结合了双向A*算法路径最优和VFH算法的快速实时避障性的优点。     

高速水面无人艇动态障碍物危险规避算法

水面无人艇(USV)是一种重要的海洋自主机器人,在障碍物环境中自主航行问题是当前USV的重要研究内容。针对高速USV在动态环境中的危险规避问题,提出一种基于行为的动态危险规避算法。算法首先对USV的运动特性进行分析获得基本运动空间,采用碰撞锥理论对USV与障碍物之间的情况进行判定,将海事规则约束和碰撞约束转换为USV基于行为的约束,通过求解基于偏航角度和速度的优化问题获得USV最优规避行为。仿真实验结果证明所提出的算法能够有效引导USV在高速(30 kn)情况下对动态障碍物实现有效危险规避。     

基于Dubins路径的无人机避障规划算法

研究了一种基于Dubins路径的无人机的避障规划算法. 通过采用遗传算法,结合无人机的飞行性能和最小转弯半径,提出了一种在已知障碍空间位置前提下的无人机路径规划方法,并通过算法改进,将其推广成为在未知障碍位置等先验知识的前提下的无人机实时避障算法. 仿真结果表明,该算法原理正确,对于多障碍环境下无人机避障策略的获取具有较好效果.      

基于A*算法优化的无人水面艇路径规划

为了解决A*算法在无人水面艇路径规划中无约束条件导致的安全问题,提出一种对A*算法的搜索优化和平滑优化方法。首先,对电子海图数据中的海洋环境信息进行提取,采用栅格法建立路径搜索空间的海洋环境模型,并使用坐标对栅格统一编号;其次,引入安全距离约束对A*算法进行搜索优化;最后,通过引入转向角约束,消除冗余节点达到平滑优化的效果。实验结果表明,通过对A*算法的优化处理,提高了无人水面艇路径规划的安全性,满足无人水面艇在复杂环境中全局路径规划的需求。     

无人驾驶拖拉机实时避障路径规划算法

为了实现无人驾驶拖拉机在直线作业时的实时避障路径规划功能,提出一种在改进最短切线法的基础上用五次多项式函数规划路径的避障路径规划算法。针对最短切线法规划的路径曲率不连续、难跟踪控制的问题,首先采用改进最短切线法求相关坐标点,然后基于求得的坐标点用五次多项式函数求解路径,最后得到由两段五次多项式函数曲线和直线组成的曲率连续的避障路径。对避障路径规划算法进行仿真,结果表明,该算法生成路径长度短、实时性好、安全性高。基于常州东风无人驾驶拖拉机的运动学模型设计一种模型预测控制器,在Simulink与CarSim联合仿真平台上对无人驾驶拖拉机的避障路径规划及跟踪控制进行联合仿真,结果表明：与改进最短切线法相比,基于五次多项式函数的路径规划算法规划的路径跟踪控制精度更高,更易于跟踪控制。     

拱泥机器人避障运动分析及其系统仿真

路径规划问题是拱泥机器人研究中的一项关键技术。在概述拱泥机器人的基本构成,分析其规划策略的基础上,提出拱泥机器人避障运动控制器路径规划算法,并通过仿真实验得以验证,实现了局部规划与全局导航目标的有机结合。基于该规划策略及其算法,设计集数据接口、硬件接口、数学运算接口和图形化接口为一体的避障运动仿真系统。结果表明,该规划策略对拱泥机器人在未知泥土环境下实现动作稳定、轨迹平滑的避障运动具有良好的效果。     

一种子目标和水平集方法融合的AUV动态航路规划新算法

针对当前水下避障航路规划算法中障碍物模型偏理想化,易导致不能安全避障,且算法规划速度偏慢的难题,提出了一种基于子目标法和水平集方法的自主实时航路规划算法.算法基于AUV的前视声呐探测的障碍物部分轮廓信息,预估障碍物尺寸和中心位置,据此得出安全可靠的子目标点,再通过滚动的子目标法实现完全避障,通过水平集方法提升规划速度.仿真结果表明,提出的算法均能做到100%的避障,且避障后的航路性能质量比预先规划的全局最优航路的性能质量下降得很小:航路长度和航行时间的平均增加量均不超过5%.      

多车环境下智能货车的紧急转向决策及轨迹规划

决策与规划是实现自动驾驶的关键技术,针对自动驾驶货车在紧急转向避障时需要考虑换道时目标车道的安全性和规划出最优避障轨迹的问题,采用将换道时左右车道上的车辆与自车的相对距离和换道的最小安全距离的差值分别建立模糊关系的方法,通过比较模糊规则推理设计的安全值,选择更安全的车道进行转向避障,为了迅速规划出最优避障轨迹,采用三阶贝塞尔曲线,通过设计4个控制点坐标形成避障曲线,为了防止转向时横向加速度过大导致货车发生侧翻和速度过快与前车发生碰撞,设计车辆的稳定性边界和碰撞边界对控制点进行约束,使用MATLAB中的函数求解出不同车速下的最优换道轨迹,最后使用仿真软件进行仿真验证,结果表明设计出的避障决策和轨迹规划可以安全、有效地避开障碍。     

基于离散优化的无人驾驶汽车轨迹规划

针对双向两车道无人车行驶场景,基于离散优化的方法,提出一种新的轨迹解耦规划算法。该算法将带有时间戳的三维轨迹规划问题,解耦成分别对路径和速度规划,速度规划时引入ST图,用以描述无人车与障碍物之间的运动关系。通过分层采样的方法构建路径Lattice图搜索初始路径,以及基于多目标A*搜索算法在ST图中规划出初始速度剖面,减少算法的计算量。同时,结合优化的方法对轨迹进行优化,使轨迹收敛到全局最优解。最后,通过仿真实验,验证了该算法的有效性和可靠性。