基于模糊算法的AUV避障与姿态控制

为了实现水下机器人(autonomous underwater vehicle,AUV)在水下的避障与姿态的稳定控制,提出了一种基于模糊算法的避障与姿态控制算法.通过分析AUV在水下的水平面和竖直面状况,分别构造满足其水平面和竖直面避障和姿态控制的模糊算法,并设计了相应的控制系统.设计的控制系统主要由2个模糊控制器组成,通过模糊控制器输出AUV的左、右和下潜加速度,利用模糊逻辑系统对其速度进行逼近,并利用AUV的速度信息实现AUV水平面和竖直面的避障与姿态的控制.通过在不同位置放置障碍物构建模拟场景,采用Matlab进行仿真试验.仿真结果表明,设计的基于模糊算法的避障与姿态控制方法能够满足设计要求.     

基于改进蚁群算法的AUV航路避障任务规划

针对复杂水下环境中可能存在多个不同威胁等级的障碍物,影响水下机器人合理规划最优航路路径问题,提出了一种运用蚁群间信息素调整准则的方法.应用启发式信息素全局更新原则,将每一条AUV航路上残留的信息素数量限制在一定范围,对各个节点的信息素进行更新,有效避免算法停滞及信息素过于集中某条航路,限制算法的扩散.将改进后的蚁群算法应用到AUV航路多重避障的模型中,实验结果证明这种方法具有良好的稳定性能,可以有效实现全局最优.     

基于零空间行为法的自主水下机器人避障策略

针对自主水下机器人(AUV)在复杂海底环境驶向目标点的过程中可能遇到动静态障碍物的问题,设计了基于零空间行为(NSB)法的避障策略.首先将AUV驶向目标点的整体任务分解成不同的子任务,并把避障子任务设为最高优先级任务;对于多任务控制目标,将由低优先级任务向量向高优先级任务向量的零空间进行投影得到的综合任务向量作为最终输出函数;在完成高优先级任务的同时,部分或全部完成低优先级任务,以避免各任务目标的相互冲突.随后根据不同子任务的优先级设计相应的任务函数,研究了针对静态和动态障碍物的避障策略;推导并建立了AUV运动的综合输出函数,以确保其在驶向目标点的过程中对不同类型障碍物进行有效规避.模拟计算结果证明该方法是有效的和可行的,在复杂障碍物环境中能够达到预期的避障效果.     

同优先级的多水下机器人避碰控制

根据智能水下机器人(AUV)水下通讯相对困难的特点，在改进势力场法避障的基础上，实现了单机器人的避碰控制，在机器人群体间隐式通讯条件下，应用危险阈值和智能传感器的方法，成功地解决了优先级相同的多水下机器人编队航行过程中的避碰避障问题，并在仿真环境下验证了算法的有效性。     

基于自适应滤波长基线组合AUV定位算法

针对水下环境噪声干扰以及水下时延误差等问题,提出基于自适应滤波长基线组合AUV定位算法。该算法采用长基线组合导航定位系统,以捷联惯性导航系统为主,长基线定位系统为辅,消除时延误差实现误差补偿;再引入自适应滤波算法,使用卡尔曼滤波算法对系统进行信息融合来矫正累积误差实现自适应滤波定位。仿真实验表明,该算法能有效消除水下复杂环境中的噪声干扰对AUV定位精度的影响,提高算法对未知噪声的适应性和定位精度。     

自主潜航器海洋环境监测发展及运用

 自主潜航器（AUV）能对水下环境进行动态监测,是一种新型海洋环境监测平台。AUV用于海洋环境监测的有效载荷主要是为满足水下探测、测量和通信而配置的水声、电子和光学等设备。按功能任务划分,AUV的海洋环境监测载荷通常包括海洋探测设备、测量设备和通信设备等。介绍了国内外AUV装备研发情况及其海洋环境监测设备,梳理了AUV海洋环境监测运用现状,探讨了AUV海洋环境监测运用发展的方向。     

基于飞蛾火焰算法的AUV三维全局路径规划

针对存在静态地形障碍和不规则海流的复杂海洋环境下的自主水下航行器（autonomous underwater vehicle,AUV）全局路径规划问题,采用飞蛾火焰优化（moth-flame optimization,MFO）算法搜索获得能耗最优的无碰路径。首先,将搜索空间栅格化后随机生成一组满足避碰需求的初始路径作为...     

基于HS光流法的机器人避障策略优化

机器人的自主避障功能是其在未知环境中顺利行驶的最基本的功能,针对使用光流法进行机器人避障时,机器人因盲目避障、过早障碍而造成的避障效率低的问题,提出了优化避障策略的方法。在两轮式机器人上搭建实验平台,采用Horn&Schunck（HS）光流算法计算机器人运行前方的光流场,由光流场中信息来计算机器人与障碍物的碰撞时间TTC（Time to Contact）,根据碰撞时间设计机器人的避障系统。通过在真实环境下进行的避障实验,验证了避障系统的有效性,并提出将机器人避障时的旋转角度与光流矢量值 的大小建立关系,从而更加合理高效的避开障碍物。     

基于模糊控制的仿生机器鱼避障研究

为了使机器鱼能够在复杂与不确定的水下环境中进行自主导航与避障,提出了虚拟传感器与模糊控制相结合的仿生机器鱼避障算法,并使用已开发的仿生机器鱼的三维仿真系统对避障算法进行检测。通过虚拟射线法建立虚拟传感器来探测障碍物的相对位置,并设计一个复合模糊控制器根据虚拟传感器提供的信息实时控制机器鱼的运动。仿真结果表明:该避障算法可以有效地为机器鱼提供避障路径,准确地到达目标点。     

AUV水声导引定位回收技术研究

针对AUV回收过程中定位不准问题,文章提出了一种基于短基线水声定位的方法,通过水声导引将远距离的AUV导引到回收平台,实现对AUV的回收。水池试验结果表明,该方法能够有效提高AUV水下回收的准确度,从而较理想实现AUV的水下回收。     

基于模糊神经网络的无人机实时避障算法

针对模糊控制避障算法在障碍物信息未知的环境中适应性不强,难以有效规避"凹多边形"障碍物的问题,提出了一种基于模糊神经网络的无人机实时避障算法.采用等效夹角对模糊控制器的输入变量进行优化设计,克服了单一角度或距离在障碍物表征方面的局部片面性.基于BP神经网络理论设计了模糊控制器的初始隶属度函数和模糊神经网络架构;将模糊控制器在多个未知环境下生成的有效避障数据作为训练数据集,对模糊神经网络进行训练.仿真结果表明:所提出的模糊神经网络方法与模糊控制器相比具有更强的适应性,在面对未知复杂障碍物时避障更加灵活、路径更短,避障成功率更高.     

不确定环境下集矿机环境感知与实时避障研究

通过对海底集矿机作业特点及作业环境分析可知,采用传统势场法避障要解决的关键问题主要为局部极小问题,由此提出了基于人工势场法的改进算法。重新定义势函数,对斥力函数作了改进,建立了履带式集矿机的运动学模型,并成功应用于海底不确定环境下集矿机的实时避障。仿真结果表明:改进后的避障算法能够使机器人逃离局部极小,顺利避障并到达目标,具有较强的实用性与可行性。该研究对于海底采矿及水下机器人的避障具有一定的指导意义。     

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%.      

基于改进粒子群优化算法的无人水面艇动态避碰方法

针对"蓝信"号无人水面艇的动态避碰问题,提出一种基于改进粒子群优化算法的动态避碰方法.首先,考虑障碍物轮廓的长宽比不同,将障碍物膨化为圆形和椭圆形,并采用速度障碍原理求取避碰模型,同时,在避碰过程中加入国际海上避碰规则约束;其次,对粒子群优化算法进行自适应改进,使其针对避碰策略的求取能够快速收敛到最优解,提高算法的收敛速度与精度,满足避碰算法的快速性要求;最后,搭建虚拟视景仿真平台,模拟航行中的海洋环境,以"蓝信"号无人水面艇为模拟对象,对所提出的避碰算法进行仿真验证.仿真结果表明了该避碰方法的可行性和有效性,为无人水面艇的自主动态避碰提供了一种可行和有效的解决途径.     

基于改进VO算法与动态窗口法的自主避障

针对复杂动态环境下,无人机自主规避动态障碍物的问题,提出了一种改进的速度障碍法,以提高无人机在复杂环境中自主避障的能力。首先,根据速度障碍法原理,构建数学模型,判断无人机与动态障碍物是否存在冲突;然后,加入了自适应安全距离的同时用卡尔曼滤波对动态障碍物的下一时刻的位置进行预测,重构一个速度障碍区;最后,通过改进动态窗口法对可行避障区域进行最优避障策略的求解。通过不同场景和多障碍物连续避障的仿真实验,验证了所提算法的可行性和有效性。     

基于障碍物可达区域预测的机器人实时避障算法

针对复杂环境下的机器人路径规划与自主避障问题,提出了基于动态障碍物可达区域预测的实时避障算法.对静态障碍物进行描述和建模,建立动态障碍物状态更新预测方程,实现对动态障碍物质心可达区域的预测.分别面向动态、静态障碍物提出基于可达区域预测的多步椭圆包络势场和基于新型Sigmoid函数的势场,修正目标的对数Lyapunov引力场,给出多类型障碍物空间下的机器人实时避障算法.数值仿真和实验结果表明,与传统方法相比实时避障算法可使机器人避障过程中的路径长度更短、安全性更高及最大行驶角变化幅值更小.     

灵巧航行体半实物仿真系统设计方法与应用

以新型灵巧航行体研发为背景,针对其近水面运动易受波浪力干扰、舵面受力复杂等问题,通过建模与仿真解耦设计、环境条件自动切换等方法设计了模拟灵巧航行体水中工作环境的半实物仿真系统,并在此基础上进行了实时仿真计算能力试验、灵巧航行体半实物仿真试验研究和波浪干扰试验研究. 结果表明,应用所建立的设计方法构建的半实物仿真系统解决了灵巧航行体近水面运动姿态控制系统半实物仿真的需求,可为灵巧航行体的姿态控制系统设计和实航试验提供重要参考依据.      

基于定向极限环的Cucker-Smale群体避障模型

针对多障碍物环境下的群体避障问题,本文在改进Cucker-Smale(CS)群体运动模型和传统的极限环避障算法的基础上提出了一种基于定向极限环的CS群体避障模型.该模型改进了多障碍物的合并方式,引入了定向的运动规则.仿真结果显示,在整个群体避障过程中该算法的碰撞个体数和避障时间较传统的极限环避障法有较大的改善.