融合VO和DWA的无人潜航器三维空间避障研究

摘要

针对现有无人潜航器(UUV)在复杂海洋环境中自主避障效率较低的问题，本文提出一种融合速度障碍法(VO)与动态窗口法(DWA)的三维避障算法．首先，引入碰撞圆锥体和极坐标系，并开发了适用于碰撞圆锥体的碰撞检测方法，从而将原本局限于二维平面的速度障碍法与动态窗口法扩展至三维空间．其次，通过设定UUV的探测球范围，将进入该区域的障碍物区分为动态与静态两类，分别采用碰撞圆锥体和极坐标运动模型进行碰撞检测，并筛选出可行轨迹集合．最后，通过评价函数从可行轨迹中选取最优路径，循环执行该过程，实现UUV的高效避障．三维仿真实验表明，采用该融合算法的UUV能够实现零碰撞避障．在全动态障碍物场景中，其轨迹长度相较于速度障碍法减少5.78%，任务完成时间较动态窗口法缩短16.91%，且算法运行耗时更少．所提算法对提升无人潜航器在复杂环境中的自主避障能力具有一定的参考价值．

关键词

无人潜航器 / 动态窗口法 / 速度障碍法 / 三维空间避障算法

基金资助

国家自然科学基金(72371137)