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申请/专利权人：华中科技大学

摘要：本发明公开了一种基于改进人工势场法的全局路径规划方法及系统，根据水域环境与静态障碍物位置构建二维水域坐标系，确定无人艇空间几何信息；将无人艇航向角自正左至正右均分n份，以无人艇为中心，考虑n+1个方向上静态障碍物的避障；根据改进的斥力函数计算斥力影响距离内障碍物产生的斥力，根据改进的引力函数计算目标点产生的引力；判断运动体到目标点直线方向上是否存在障碍物。若没有，将斥力大小设置为0；若有，计算斥力与引力的角度差是否符合要求范围；若不符合，则进行斥力方向和斥力系数的调整；否则，斥力函数不变；根据斥力与引力叠加的合力与无人艇动力学约束确定下一步速度大小与方向，直至无人艇到达目标点。

主权项：1.一种基于改进人工势场法的全局路径规划方法，其特征在于，根据水域环境与静态障碍物位置构建二维水域坐标系，确定所需空间几何信息；根据改进的斥力与引力函数结合无人艇动力学约束确定下一步速度大小与方向，直至无人艇到达目标点；改进的斥力函数与改进的引力函数如下：首先，根据水域环境与静态障碍物位置构建二维水域坐标系；假设无人艇当前位置坐标为，路径目标点的坐标位置为，第个障碍物的位置坐标为；其次，根据传统人工势场法的原理，存在目标点不可达问题：无人艇靠近目标点时所受引力将逐渐减小至0，无法到达目标点；目标点旁存在障碍物时，无人艇所受斥力逐渐增大，无人艇所受合力方向与目标点相反，目标点不可达；故通过设置引力函数最小值并将运动体与目标点间距离引入斥力函数来解决上述问题；改进的引力函数表达式如下： ；其中，为引力系数；为引力最小距离，为运动体到目标点的距离，为引力最小值；当运动体离目标点距离小于引力最小距离时，引力大小固定为引力最小值，由此避免引力逐渐减小至0；改进后的斥力函数表达式如下： ；其中，为斥力系数，为运动体到目标点的距离，为障碍物的作用半径，为运动体到第个障碍物的距离；当运动体接近目标点附近障碍物时，为控制所受斥力不至于过大，将斥力大小与运动体到目标点的距离相乘，则为运动体与目标点距离的次方，为改进函数的经验值；单个障碍物垂直分布在运动体与目标点连线上包括：当单个障碍物垂直分布在运动体与目标点连线上时，因为引力与斥力方向几乎重合，路径规划避障时往往在中途停止或来不及避开而相撞；故优先计算斥力方向与引力方向间角度差，根据差角大小判断是否存在陷入局部最优点问题；若存在，调整斥力方向使运动体跳出局部最优点，斥力方向调整函数如下： ；其中，为斥力方向角；为引力方向角；为斥力方向微调大小；为方向角调整阈值；当斥力与引力间角度满足上式时，选择对应公式调整斥力方向；斥力方向函数调整后规划的路径可顺利避开障碍物，抵达目标点。

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