[发明专利]一种适用于水下机器人的快速融合避障方法

说明书

本发明提供一种适用于水下机器人的快速融合避障方法，通过测距声呐的测距标准差与方差确定AUV的定位误差区域，根据定位误差区域获得声呐安装方向上的AUV的静态安全距离。根据不同方向上的实时速度分量与静态安全距离得到相应方向上的安全警戒距离阈值。将测距声呐测得的障碍物距离数据与该方向上的安全警戒距离进行判断，当障碍物距离大于安全警戒距离时，该方向上的声呐将以基础工作间隔进行轮询工作。当障碍物距离小于或等于安全警戒距离时，该方向上的声呐将按照动态声呐工作间隔方程的输出进行轮询工作。本发明提出的可使AUV在狭窄航道内快速准确的获得障碍物距离信息，对多传感器数据进行融合，实现快速融合避障，为AUV的安全作业提供保障。

技术领域

本发明涉及智能水下机器人自主避障技术，尤其涉及一种适用于水下机器人的快速融合避障方法，属于水下机器人技术领域。

背景技术

智能水下机器人(AUV)是我们关心海洋、认识海洋、经略海洋的重要工具，而自主避障能力是智能水下机器人安全、顺利进行作业任务的必要保障。声呐作为基本的避障传感器已广泛应用在水下机器人中，高效的获取稳定而准确的距离数据是测距声呐的重要性能指标。本发明所建立的AUV声呐布置模型为艏部、艉部、左舷、右舷四个方向各至少布置一个声呐，测距声呐的传统工作模式为各声呐以固定的工作间隔同时进行测距。试验表明，在测距声呐数据的稳定性与准确性将在航道宽度低于某一阈值后随着航道宽度的减小而迅速降低，甚至无法得到正确的距离数据。

采用轮询工作模式的测距声呐虽然可以避免声呐之间的干扰，但获得距离信息的效率将大大降低，降低了AUV的避障成功率，因此需要采用动态加权轮询的工作模式来提高测距声呐的避障效率。

结合目前声呐工作模式与试验数据并针对上述现有状况的不足，本发明提出一种适用于水下机器人的快速融合避障方法。其特点是测距声呐采取动态加权轮询的工作模式，能够自主识别环境复杂情况，动态建立环境模型并切换声呐的工作间隔。通过轮询模式可以避免声呐间的干扰，提高声呐的数据准确性；针对多声呐根据各声呐方向上的速度分量与障碍物距离建立相应的动态加权工作间隔方程，通过动态切换声呐的工作间隔可以保障声呐按照当前方向上的环境变量自适应的增加或缩短工作间隔，在速度较快或障碍物较近时，快速获得当前方向的障碍物距离信息；通过基于速度插值的融合算法，将不同工作间隔测距声呐的数据进行时间配准，解决了多测距声呐的异步问题，并使系统按照短工作间隔声呐的间隔时间进行障碍物距离输出。

发明内容

本发明的目的是为了提供一种适用于水下机器人的快速融合避障方法，本发明中测距声呐采取动态加权轮询工作模式，使AUV能够在狭窄航道内获得稳定准确的距离数据，同时保障AUV能够高效的进行避障作业。

本发明的目的是这样实现的：在AUV的艏部、艉部、左舷、右舷分别设置有测距声纳，步骤如下：

步骤一：根据所设置的测距声呐的测距标准差和方差以及AUV的实时艏向角确定定位误差区域；

步骤二：根据定位误差区域确定AUV在不同方向上的静态安全距离；

步骤三：根据得到的静态安全距离，结合静态安全距离修正系数、速度、速度-距离修正系数建立安全警戒距离阈值方程；

步骤四：根据障碍物信息，速度信息及安全警戒距离方程建立动态声呐工作间隔方程；

步骤五：根据输出的声呐工作间隔进行多声呐的动态加权轮询工作，通过基于速度插值的融合算法实现系统的短工作间隔数据输出。

本发明还包括这样一些结构特征：

1.步骤一中的定位误差区域为椭圆，满足：