申请/专利权人：哈尔滨理工大学

申请日：2023-07-28

公开（公告）日：2024-02-20

公开（公告）号：CN116859960B

主分类号：G05D1/485

分类号：G05D1/485;G05D101/10

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.02.20#授权;2023.10.27#实质审查的生效;2023.10.10#公开

摘要：本发明针对传统编队中易发生内部碰撞、队形切换不稳定以及避障无法保持队形等难以自适应的问题，公开了一种多UUV队形切换与编队避障的自适应方法，具体包括：首先在三维环境下对障碍物进行栅格化建模，对UUV进行速度约束，然后与人工势场法相结合在编队中对UUV增加斥力势场，避免形成编队过程中UUV内部之间碰撞，通过引入队形距离系数，增强UUV编队在不同海洋地形下的自适应性，最后针对不同大小的障碍物，采用优先避障和队形变换两种策略，使UUV编队在栅格地图中顺利避开障碍物，到达目标点。仿真结果表明，本发明提出的方法有效改善了传统编队方法易发生内部碰撞和队形切换不稳定的问题，并提高了编队避障的自适应性。

主权项：1.一种多UUV队形切换与编队避障的自适应方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：在三维地图下随机初始化多UUV位置信息和栅格障碍物，UUV编队包含一个领航者和四个跟随者，设定协同状态达到稳定时UUV之间的相对位置关系，设置障碍物斥力影响范围和UUV之间的斥力影响范围，对UUV进行速度约束： 式中：vk为当前时刻的速度中间变量，vk'为当前时刻的速度，vk-1为上一时刻的速度，amax为UUV最大加速度，t为单位时间，Δv是UUV当前时刻速度与上一时刻速度的差值，vmax为UUV的最大速度，然后执行步骤2；步骤2：确定多UUV之间的通信拓扑结构，该通信拓扑对应的邻接矩阵为A，在编队中引入斥力势场： 式中：Frep为第i个UUV所受第j个UUV的斥力，Krep为斥力系数，dxi,xj为第i个UUV与第j个UUV之间的距离，Ruuv为UUV的斥力影响范围半径，λ为UUV的斥力影响范围系数，根据队形的大小通过调整λ改变UUV的斥力影响范围半径，执行步骤3；步骤3：多UUV形成编队队形，目标点对领航者UUV产生引力，在引力作用下，领航者UUV带领跟随者前往目标点，执行步骤4；步骤4：判断领航者UUV是否到达目标点，到达目标点任务结束，否则执行步骤5；步骤5：判断编队UUV当前位置与障碍物的距离是否小于障碍物斥力范围Rob，如果是执行步骤6，否则继续向目标点移动，返回步骤4；步骤6：判断障碍物是否为大型障碍物，如果是执行步骤7，否则执行步骤8；步骤7：领航者判断障碍物间距，通过改变队形距离系数可以调整编队队形的大小，具体公式如下： 式中：delta_X、delta_Y、delta_Z分别为调整后的x,y,z方向的位置信息矩阵，X、Y、Z分别为调整前的x,y,z方向的位置信息矩阵，矩阵大小为[1×5]，αx、βy、γz分别为x,y,z方向的队形距离系数，通过调整队形距离系数可改变队形大小，如果改变队形大小不能躲避障碍物，可采用改变位置信息矩阵来改变队形，逃离障碍物，执行步骤3；步骤8：UUV编队很难在保持队形的情况下躲避小型障碍物，因此采取放弃编队优先避障的策略，在这种情况下，避障的优先级应大于队形保持的优先级，其中障碍物对UUV产生斥力，UUV受到领航者的引力，UUV沿合力方向移动，逃离障碍物后形成编队，返回步骤3。

全文数据：

权利要求：

百度查询： 哈尔滨理工大学 一种多UUV队形切换与编队避障的自适应方法

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