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专利号: 2023101096053
申请人: 江苏科技大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-03-02
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种三维环境的搜救ROV路径规划方法,其特征在于,包括以下步骤:S1、通过激光,声纳扫描或外部输入获取ROV机器人水下环境,将ROV机器人运动的区域从真实的环境中抽象出三维空间模型,并细分多个三维区域,且每个三维区域都用三维信息表示,建立三维坐标系统,三维区域即为三维路径规划空间,然后把坐标等分,形成水下环境三维栅格地图模型;

S2、选择路径规划的目标点,并以ROV机器人的当前位置作为路径规划的起始点,目标点终点;

S3、判断所选取的目标点是否为障碍物,如果是,则返回步骤S2重新选择目标点;如果不是,则执行步骤S4;

S4、采用基于JPS‑COSPS的三维路径规划算法,输入水下环境地图三维栅格模型、起始点、目标点,进行路径规划,获得规划路径;

首先,确定临界障碍,并筛选临界障碍的周围点集;筛选临界障碍的周围点集的规则为:(Ⅰ)判断临界障碍方格一邻格是否存在障碍,若存在,则此邻格不可行;若不存在,则临界障碍邻格为可行点;

(Ⅱ)判断在临界障碍方格所在一平面对角方向邻格上是否存在障碍,若存在,则此对角邻格不可行;若不存在,则临界障碍对角邻格为可行点;

(Ⅲ)若一障碍方格存在相邻的三个面方向方格均不存在障碍,则三个面形成的角所对的方格为可行点;

筛选临界障碍的周围点集的方法为:

(1)确定临界障碍周围点集,集合长度为length(SPS),定义标识符i=1,j=1;

(2)将点集中编号为i的点,记为Pi(xi,yi,zi);

(3)计算点Pi距离最近障碍点的距离Di;

2

(4)判断Di>=N,如果是,则记录点Pi(xi,yi,zi),令Pi(xi,yi,zi)=Qj(xj,yj,zj),且j++;

然后i++;否则,i++;

其中,Qj(xj,yj,zj)为筛选后的可行点;N=2或3,若选用筛选规则(Ⅱ),则N取值为2,即

2 2

判断语句为Di>=2;若选用筛选规则(Ⅲ),则N取值为3,判断语句为Di>=3,若选用筛选规则(Ⅰ),则不执行步骤(4);

(5)判断i<=length(SPS),如果是,则返回步骤(2)执行,否则,则结束;

其次,设定筛选后的周围点集为跳点,通过裁剪平面的方法,搜寻跳点;将符合要求的跳点加入Openlist列表,筛选列表中评价函数F(n)最小的节点作为下一次搜索的父节点,并将其加入Closelist列表;

最后,删除多余拐点,直接连接前后路径点;

S5、对获得的规划路径进行检测,通过判断规划路径完整度,保证路径连续;通过检测路径中是否存在相同路径,保证ROV的运行顺畅;通过检测路径是否贴近障碍物,保证路径安全性;若检测的规划路径不可行,则返回步骤S2,若检测的规划路径可行,则输出可行的规划路径。

2.根据权利要求1所述的一种三维环境的搜救ROV路径规划方法,其特征在于,步骤S1中三维坐标系统中x轴和y轴分别为纵向和横向增加方向,z轴为高度增加方向,形成三维空间,在水下环境三维栅格地图模型中把ROV机器人看作一个质点,用x轴、y轴和z轴三个方向表示ROV在模型的位置,每个质点不能超越分割后的小立体栅格的边界,且ROV机器人和障碍物在三维空间中运行时不能相互碰撞。

3.根据权利要求1所述的一种三维环境的搜救ROV路径规划方法,其特征在于,步骤S4中跳点搜寻方法为:(1)在点搜索的过程中,将符合要求的跳点加入Openlist列表,筛选列表中评价函数F(n)最小的节点作为下一次搜索的父节点;

(2)通过寻找父节点所在三平面存在的可无障碍到达的跳点加入Openlist列表;

(3)判断列表中是否存在目标点,若存在,寻路结束;若不存在,将父节点向当前方向延伸至下一栅格点;

(4)更新延伸点为父节点,判断父节点是否为障碍点,不是则跳至步骤(2),是则跳至步骤(1)。

4.根据权利要求1所述的一种三维环境的搜救ROV路径规划方法,其特征在于,步骤S4中拐点删除方法为:随机选取路径中的路径拐点为可删除点,尝试删除点,并直接连接可删除点前后节点,判断连接后的路径是否接触障碍物,若存在,则取消删除操作,恢复原路径,另寻其他路径拐点;若不存在,保留删除操作,生成新路径;为避免不必要操作,设定节点均为整数坐标的路径点。

5.一种用于权利要求1至4任一项所述三维环境的搜救ROV路径规划方法的系统,其特征在于,包括:环境建模模块,用于获取ROV机器人水下环境信息,将ROV机器人运动的区域从真实的环境中抽象出三维空间模型,并细分多个三维区域,且每个区域都用三维信息表示,构建水下环境地图三维栅格模型;

算法调用路径生成模块,用于选择路径规划的目标点,并以ROV的当前位置作为路径规划的起始点,目标位置为终点;判断所选取目标点是否合理,不合理将重新选择;采用基于JPS‑COSPS的三维路径规划算法,输入水下环境地图三维栅格模型、起始点、目标点,进行路径规划,获得规划路径;

路径检测模块,用于通过判断规划路径完整度,保证路径连续;通过检测路径中是否存在相同路径,保证ROV的运行顺畅;通过检测路径是否贴近障碍物,保证路径安全性;若检测的规划路径不可行,则反馈算法调用路径生成模块重新进行路径规划,若检测的规划路径可行,则输出可行的规划路径。

6.一种装置设备,其特征在于,包括存储器和处理器,其中:

存储器,用于存储能够在处理器上运行的计算机程序;

处理器,用于在运行所述计算机程序时,执行如权利要求1‑4任一项所述一种三维环境的搜救ROV路径规划方法的步骤。

7.一种存储介质,其特征在于,所述存储介质上存储有计算机程序,所述计算机程序被至少一个处理器执行时实现如权利要求1‑4任一项所述一种三维环境的搜救ROV路径规划方法的步骤。