專利名稱：一種水下探測器的路徑規(guī)劃方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于水下探測器領(lǐng)域，尤其是一種水下探測器的路徑規(guī)劃方法。
背景技術(shù)：
目前，水下探測器一般采用基于包容體系結(jié)構(gòu)對其移動路徑進(jìn)行規(guī)劃，包 容體系結(jié)構(gòu)是一種水平分片的結(jié)構(gòu)，其特點(diǎn)是按照"任務(wù)和行為"進(jìn)行分類， 將系統(tǒng)分解為若干個(gè)子系統(tǒng)，每個(gè)子系統(tǒng)不是技術(shù)功能模塊，而是能夠獨(dú)立
產(chǎn)生動作的行為模塊；每個(gè)子系統(tǒng)都能夠直接接收傳感器信號，也可以直接 產(chǎn)生行為動作；每個(gè)子系統(tǒng)平行工作，由一個(gè)協(xié)調(diào)機(jī)制負(fù)責(zé)集成，從而產(chǎn)生 總體的行為。采用包容體系結(jié)構(gòu)的路徑規(guī)劃方法具有實(shí)時(shí)多任務(wù)處理、穩(wěn)定 的魯棒性、可擴(kuò)展性及可判斷性較強(qiáng)的特點(diǎn)，但是，該規(guī)劃方法存在功能層 次之間缺乏協(xié)調(diào)和組織的問題，盡管在局部行為上表現(xiàn)出靈活的反應(yīng)能力和 穩(wěn)定的魯棒性，但對長遠(yuǎn)目標(biāo)和全局性的目標(biāo)跟蹤缺乏主動性，因此其智能 化自動化處理水平較低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種設(shè)計(jì)合理、智能化程 度高、便于實(shí)現(xiàn)的水下探測器的路徑規(guī)劃方法。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題是采取以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的 一種水下探測器的路徑規(guī)劃方法，其特征在于該方法包括下述步驟-
(1) .聲納模塊接收聲納傳感器信號，將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號并分別傳送給 定位模塊和漫游模塊；
(2) .定位模塊對數(shù)字信號進(jìn)行分析，確定水下探測器的當(dāng)前位置，并將 當(dāng)前位置數(shù)據(jù)傳送給路徑規(guī)劃模塊；
(3) .路徑規(guī)劃模塊對當(dāng)前位置數(shù)據(jù)及預(yù)置資源進(jìn)行分析，確定水下探測 器的行進(jìn)方向，并將行進(jìn)方向數(shù)據(jù)傳送給避障模塊；
(4) .漫游模塊對數(shù)字信號進(jìn)行分析，確定水下探測器與障礙物的相對位 置，并將相對位置數(shù)據(jù)傳送給避障模塊；
(5) .避障模塊對行進(jìn)方向數(shù)據(jù)和相對位置數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，計(jì)算水下探測 器的驅(qū)動力參數(shù)，并將驅(qū)動力參數(shù)傳送給驅(qū)動模塊；
(6) .驅(qū)動模塊將驅(qū)動力參數(shù)轉(zhuǎn)換成驅(qū)動信號，驅(qū)動電機(jī)工作以控制水下 探測器的行進(jìn)。
而且，所述的相對位置數(shù)據(jù)包括水下探測器與障礙物的距離和角度。而且，所述的驅(qū)動力參數(shù)包括水下探測器的直線行進(jìn)速度和旋轉(zhuǎn)角度。
而且，所述的避障模塊在計(jì)算水下探測器的驅(qū)動力參數(shù)時(shí)，采用如下方 法計(jì)算對行進(jìn)方向數(shù)據(jù)和相對位置數(shù)據(jù)進(jìn)行矢量相加得到驅(qū)動力矢量，然 后將驅(qū)動力矢量的垂直分量作為水下探測器的直線行進(jìn)速度，將驅(qū)動力矢量 的水平分量作為水下探測器的旋轉(zhuǎn)角度。
而且，所述的預(yù)置資源包括水下環(huán)境的數(shù)字地圖、水下探測器的目標(biāo)位 置信息及水下探測器的配置信息。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是
1. 本水下探測器的路徑規(guī)劃方法使用了預(yù)置的數(shù)字地形圖作為主參考對 象，并結(jié)合目標(biāo)位置及水下探測器的配置信息，對水下探測器的行進(jìn)路徑進(jìn) 行規(guī)劃，本方法只需使用近距聲納探測5米范圍內(nèi)的障礙物即可實(shí)現(xiàn)，其實(shí) 現(xiàn)方法簡單，并且在減少了硬件成本的前提下可使水下探測器具有較高的智 能性。
2. 本水下探測器的路徑規(guī)劃方法在現(xiàn)有的包容體系結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上結(jié)合人 工智能體技術(shù)，提出了一種基于模塊協(xié)同的處理方法，本方法中的模塊既可 以是功能模塊，也可以是行為模塊，每個(gè)模塊均能夠主動的對輸入的信號進(jìn) 行處理，并產(chǎn)生響應(yīng)，提高了智能化的處理水平，具有廣泛的應(yīng)用范圍。
'3.本發(fā)明提供了一種基于模塊協(xié)同處理的水下探測器的路徑規(guī)劃方法， 具有設(shè)計(jì)合理、實(shí)現(xiàn)方法簡單、智能化處理水平較高的特點(diǎn)。


圖l是本發(fā)明處理流程框圖2是本發(fā)明驅(qū)動力分解示意圖。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合附圖對本發(fā)明實(shí)施例做進(jìn)一步詳述。
如圖1所示，本發(fā)明是一種采用模塊化技術(shù)設(shè)計(jì)的水下探測器的路徑規(guī) 劃方法，本方法所涉及到的模塊包括聲納模塊、定位模塊、路徑規(guī)劃模塊、 漫游模塊、避障模塊、驅(qū)動模塊，其中的聲納模塊與聲納傳感器連接，驅(qū)動 模塊與電機(jī)相連接，聲納模塊采集與處理聲納傳感器信號并轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號 供定位模塊和漫游模塊使用，然后經(jīng)路徑規(guī)劃模塊、避障模塊處理后，計(jì)算 得出驅(qū)動力參數(shù)，最后通過驅(qū)動模塊驅(qū)動水下探測器的電機(jī)工作以推動水下 探測器的行進(jìn)。使用本方法，需要將水下環(huán)境的數(shù)字地圖、水下探測器的目 標(biāo)位置信息及水下探測器的配置信息等資源預(yù)置在水下探測器中，用于路徑 規(guī)劃模塊進(jìn)行分析處理使用。
本水下探測器的路徑規(guī)劃方法包括下述步驟
(1).聲納模塊接收聲納傳感器信號，由于聲納傳感器信號為模擬信號，因此，聲納模塊需要將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號并分別傳送給定位模塊和漫游模塊;
(2) .定位模塊對數(shù)字信號進(jìn)行分析，確定水下探測器的當(dāng)前位置，并將 當(dāng)前位置數(shù)據(jù)傳送給路徑規(guī)劃模塊；
(3) .路徑規(guī)劃模塊對當(dāng)前位置數(shù)據(jù)及預(yù)置資源進(jìn)行分析，確定水下探測 器的行進(jìn)方向，并將行進(jìn)方向數(shù)據(jù)傳送給避障模塊，本步驟中的預(yù)置資源包括 水下環(huán)境的數(shù)字地圖、水下探測器的目標(biāo)位置信息及水下探測器的配置信息;
(4) .漫游模塊對數(shù)字信號進(jìn)行分析，確定水下探測器與障礙物的相對位 置，該位置數(shù)據(jù)包括水下探測器與障礙物的距離和角度，然后將相對位置數(shù) 據(jù)傳送給避障模塊；
(5) .避障模塊對行進(jìn)方向數(shù)據(jù)和相對位置數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，計(jì)算水下探測 器的驅(qū)動力參數(shù)，其計(jì)算方法如圖2所示-
對行進(jìn)方向數(shù)據(jù)和相對位置數(shù)據(jù)進(jìn)行矢量相加得到驅(qū)動力矢量F，然后將 驅(qū)動力矢量的垂直分量F 作為水下探測器的直線行進(jìn)速度，將驅(qū)動力矢量 的水平分量F ^作為水下探測器的旋轉(zhuǎn)角度；
然后將水下探測器的直線行進(jìn)速度和旋轉(zhuǎn)角度的驅(qū)動力參數(shù)傳送給驅(qū)動 模塊；
(6) .驅(qū)動模塊將驅(qū)動力參數(shù)轉(zhuǎn)換成驅(qū)動信號，對應(yīng)驅(qū)動兩翼或升降電機(jī) 工作以控制水下探測器的行進(jìn)。
本發(fā)明的工作原理將水下探測器周圍的環(huán)境看成勢能場，水下探測器在 一個(gè)勢能場中運(yùn)動，要達(dá)到的位置對探測器來說是一個(gè)引力，而障礙物是斥 力，按各個(gè)障礙物和目標(biāo)位置產(chǎn)生人工勢能的總和，生成決策運(yùn)動路徑，符 合水下探測器的動力學(xué)原理。
需要強(qiáng)調(diào)的是，本發(fā)明所述的實(shí)施例是說明性的，而不是限定性的，因 此本發(fā)明并不限于具體實(shí)施方式
中所述的實(shí)施例，凡是由本領(lǐng)域技術(shù)人員根 據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案得出的其他實(shí)施方式，同樣屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
權(quán)利要求
1.一種水下探測器的路徑規(guī)劃方法，其特征在于該方法包括下述步驟(1).聲納模塊接收聲納傳感器信號，將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號并分別傳送給定位模塊和漫游模塊；(2).定位模塊對數(shù)字信號進(jìn)行分析，確定水下探測器的當(dāng)前位置，并將當(dāng)前位置數(shù)據(jù)傳送給路徑規(guī)劃模塊；(3).路徑規(guī)劃模塊對當(dāng)前位置數(shù)據(jù)及預(yù)置資源進(jìn)行分析，確定水下探測器的行進(jìn)方向，并將行進(jìn)方向數(shù)據(jù)傳送給避障模塊；(4).漫游模塊對數(shù)字信號進(jìn)行分析，確定水下探測器與障礙物的相對位置，并將相對位置數(shù)據(jù)傳送給避障模塊；(5).避障模塊對行進(jìn)方向數(shù)據(jù)和相對位置數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，計(jì)算水下探測器的驅(qū)動力參數(shù)，并將驅(qū)動力參數(shù)傳送給驅(qū)動模塊；(6).驅(qū)動模塊將驅(qū)動力參數(shù)轉(zhuǎn)換成驅(qū)動信號，驅(qū)動電機(jī)工作以控制水下探測器的行進(jìn)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種水下探測器的路徑規(guī)劃方法，其特征在于 所述的相對位置數(shù)據(jù)包括水下探測器與障礙物的距離和角度。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種水下探測器的路徑規(guī)劃方法，其特征在于 所述的驅(qū)動力參數(shù)包括水下探測器的直線行進(jìn)速度和旋轉(zhuǎn)角度。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種水下探測器的路徑規(guī)劃方法，其特征在于 所述的避障模塊在計(jì)算水下探測器的驅(qū)動力參數(shù)時(shí)，采用如下方法計(jì)算對 行進(jìn)方向數(shù)據(jù)和相對位置數(shù)據(jù)進(jìn)行矢量相加得到驅(qū)動力矢量，然后將驅(qū)動力 矢量的垂直分量作為水下探測器的直線行進(jìn)速度，將驅(qū)動力矢量的水平分量 作為水下探測器的旋轉(zhuǎn)角度。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種水下探測器的路徑規(guī)劃方法，其特征在于 所述的預(yù)置資源包括水下環(huán)境的數(shù)字地圖、水下探測器的目標(biāo)位置信息及水 下探測器的配置信息。
全文摘要
本發(fā)明屬于水下探測器領(lǐng)域的一種水下探測器的路徑規(guī)劃方法，其主要技術(shù)特點(diǎn)是聲納模塊接收聲納傳感器信號，將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號并分別傳送給定位模塊和漫游模塊；定位模塊確定水下探測器的當(dāng)前位置；路徑規(guī)劃模塊對當(dāng)前位置數(shù)據(jù)及預(yù)置資源進(jìn)行分析，確定水下探測器的行進(jìn)方向；漫游模塊確定水下探測器與障礙物的相對位置；避障模塊對行進(jìn)方向數(shù)據(jù)和相對位置數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，計(jì)算水下探測器的驅(qū)動力參數(shù)；驅(qū)動模塊將驅(qū)動力參數(shù)轉(zhuǎn)換成驅(qū)動信號，驅(qū)動電機(jī)工作以控制水下探測器的行進(jìn)。本發(fā)明提供了一種基于模塊協(xié)同處理的水下探測器的路徑規(guī)劃方法，具有設(shè)計(jì)合理、實(shí)現(xiàn)方法簡單、智能化處理水平較高的特點(diǎn)。
文檔編號G05D1/02GK101551672SQ20081005259
公開日2009年10月7日 申請日期2008年4月2日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月2日
發(fā)明者安伯天, 安照雄, 李四維 申請人:天津市斯卡特科技有限公司