专利名称：一种水下探测器的路径规划方法
技术领域：
本发明属于水下探测器领域，尤其是一种水下探测器的路径规划方法。
背景技术：
目前，水下探测器一般采用基于包容体系结构对其移动路径进行规划，包 容体系结构是一种水平分片的结构，其特点是按照"任务和行为"进行分类， 将系统分解为若干个子系统，每个子系统不是技术功能模块，而是能够独立
产生动作的行为模块；每个子系统都能够直接接收传感器信号，也可以直接 产生行为动作；每个子系统平行工作，由一个协调机制负责集成，从而产生 总体的行为。采用包容体系结构的路径规划方法具有实时多任务处理、稳定 的鲁棒性、可扩展性及可判断性较强的特点，但是，该规划方法存在功能层 次之间缺乏协调和组织的问题，尽管在局部行为上表现出灵活的反应能力和 稳定的鲁棒性，但对长远目标和全局性的目标跟踪缺乏主动性，因此其智能 化自动化处理水平较低。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种设计合理、智能化程 度高、便于实现的水下探测器的路径规划方法。
本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的 一种水下探测器的路径规划方法，其特征在于该方法包括下述步骤-
(1) .声纳模块接收声纳传感器信号，将其转换为数字信号并分别传送给 定位模块和漫游模块；
(2) .定位模块对数字信号进行分析，确定水下探测器的当前位置，并将 当前位置数据传送给路径规划模块；
(3) .路径规划模块对当前位置数据及预置资源进行分析，确定水下探测 器的行进方向，并将行进方向数据传送给避障模块；
(4) .漫游模块对数字信号进行分析，确定水下探测器与障碍物的相对位 置，并将相对位置数据传送给避障模块；
(5) .避障模块对行进方向数据和相对位置数据进行分析，计算水下探测 器的驱动力参数，并将驱动力参数传送给驱动模块；
(6) .驱动模块将驱动力参数转换成驱动信号，驱动电机工作以控制水下 探测器的行进。
而且，所述的相对位置数据包括水下探测器与障碍物的距离和角度。而且，所述的驱动力参数包括水下探测器的直线行进速度和旋转角度。
而且，所述的避障模块在计算水下探测器的驱动力参数时，采用如下方 法计算对行进方向数据和相对位置数据进行矢量相加得到驱动力矢量，然 后将驱动力矢量的垂直分量作为水下探测器的直线行进速度，将驱动力矢量 的水平分量作为水下探测器的旋转角度。
而且，所述的预置资源包括水下环境的数字地图、水下探测器的目标位 置信息及水下探测器的配置信息。
本发明的优点和积极效果是
1. 本水下探测器的路径规划方法使用了预置的数字地形图作为主参考对 象，并结合目标位置及水下探测器的配置信息，对水下探测器的行进路径进 行规划，本方法只需使用近距声纳探测5米范围内的障碍物即可实现，其实 现方法简单，并且在减少了硬件成本的前提下可使水下探测器具有较高的智 能性。
2. 本水下探测器的路径规划方法在现有的包容体系结构的基础上结合人 工智能体技术，提出了一种基于模块协同的处理方法，本方法中的模块既可 以是功能模块，也可以是行为模块，每个模块均能够主动的对输入的信号进 行处理，并产生响应，提高了智能化的处理水平，具有广泛的应用范围。
'3.本发明提供了一种基于模块协同处理的水下探测器的路径规划方法， 具有设计合理、实现方法简单、智能化处理水平较高的特点。
图l是本发明处理流程框图2是本发明驱动力分解示意图。
具体实施例方式
以下结合附图对本发明实施例做进一步详述。
如图1所示，本发明是一种采用模块化技术设计的水下探测器的路径规 划方法，本方法所涉及到的模块包括声纳模块、定位模块、路径规划模块、 漫游模块、避障模块、驱动模块，其中的声纳模块与声纳传感器连接，驱动 模块与电机相连接，声纳模块采集与处理声纳传感器信号并转换成数字信号 供定位模块和漫游模块使用，然后经路径规划模块、避障模块处理后，计算 得出驱动力参数，最后通过驱动模块驱动水下探测器的电机工作以推动水下 探测器的行进。使用本方法，需要将水下环境的数字地图、水下探测器的目 标位置信息及水下探测器的配置信息等资源预置在水下探测器中，用于路径 规划模块进行分析处理使用。
本水下探测器的路径规划方法包括下述步骤
(1).声纳模块接收声纳传感器信号，由于声纳传感器信号为模拟信号，因此，声纳模块需要将其转换为数字信号并分别传送给定位模块和漫游模块;
(2) .定位模块对数字信号进行分析，确定水下探测器的当前位置，并将 当前位置数据传送给路径规划模块；
(3) .路径规划模块对当前位置数据及预置资源进行分析，确定水下探测 器的行进方向，并将行进方向数据传送给避障模块，本步骤中的预置资源包括 水下环境的数字地图、水下探测器的目标位置信息及水下探测器的配置信息;
(4) .漫游模块对数字信号进行分析，确定水下探测器与障碍物的相对位 置，该位置数据包括水下探测器与障碍物的距离和角度，然后将相对位置数 据传送给避障模块；
(5) .避障模块对行进方向数据和相对位置数据进行分析，计算水下探测 器的驱动力参数，其计算方法如图2所示-
对行进方向数据和相对位置数据进行矢量相加得到驱动力矢量F，然后将 驱动力矢量的垂直分量F 作为水下探测器的直线行进速度，将驱动力矢量 的水平分量F ^作为水下探测器的旋转角度；
然后将水下探测器的直线行进速度和旋转角度的驱动力参数传送给驱动 模块；
(6) .驱动模块将驱动力参数转换成驱动信号，对应驱动两翼或升降电机 工作以控制水下探测器的行进。
本发明的工作原理将水下探测器周围的环境看成势能场，水下探测器在 一个势能场中运动，要达到的位置对探测器来说是一个引力，而障碍物是斥 力，按各个障碍物和目标位置产生人工势能的总和，生成决策运动路径，符 合水下探测器的动力学原理。
需要强调的是，本发明所述的实施例是说明性的，而不是限定性的，因 此本发明并不限于具体实施方式
中所述的实施例，凡是由本领域技术人员根 据本发明的技术方案得出的其他实施方式，同样属于本发明保护的范围。
权利要求
1.一种水下探测器的路径规划方法，其特征在于该方法包括下述步骤(1).声纳模块接收声纳传感器信号，将其转换为数字信号并分别传送给定位模块和漫游模块；(2).定位模块对数字信号进行分析，确定水下探测器的当前位置，并将当前位置数据传送给路径规划模块；(3).路径规划模块对当前位置数据及预置资源进行分析，确定水下探测器的行进方向，并将行进方向数据传送给避障模块；(4).漫游模块对数字信号进行分析，确定水下探测器与障碍物的相对位置，并将相对位置数据传送给避障模块；(5).避障模块对行进方向数据和相对位置数据进行分析，计算水下探测器的驱动力参数，并将驱动力参数传送给驱动模块；(6).驱动模块将驱动力参数转换成驱动信号，驱动电机工作以控制水下探测器的行进。
2. 根据权利要求1所述的一种水下探测器的路径规划方法，其特征在于 所述的相对位置数据包括水下探测器与障碍物的距离和角度。
3. 根据权利要求1所述的一种水下探测器的路径规划方法，其特征在于 所述的驱动力参数包括水下探测器的直线行进速度和旋转角度。
4. 根据权利要求1所述的一种水下探测器的路径规划方法，其特征在于 所述的避障模块在计算水下探测器的驱动力参数时，采用如下方法计算对 行进方向数据和相对位置数据进行矢量相加得到驱动力矢量，然后将驱动力 矢量的垂直分量作为水下探测器的直线行进速度，将驱动力矢量的水平分量 作为水下探测器的旋转角度。
5. 根据权利要求1所述的一种水下探测器的路径规划方法，其特征在于 所述的预置资源包括水下环境的数字地图、水下探测器的目标位置信息及水 下探测器的配置信息。
全文摘要
本发明属于水下探测器领域的一种水下探测器的路径规划方法，其主要技术特点是声纳模块接收声纳传感器信号，将其转换为数字信号并分别传送给定位模块和漫游模块；定位模块确定水下探测器的当前位置；路径规划模块对当前位置数据及预置资源进行分析，确定水下探测器的行进方向；漫游模块确定水下探测器与障碍物的相对位置；避障模块对行进方向数据和相对位置数据进行分析，计算水下探测器的驱动力参数；驱动模块将驱动力参数转换成驱动信号，驱动电机工作以控制水下探测器的行进。本发明提供了一种基于模块协同处理的水下探测器的路径规划方法，具有设计合理、实现方法简单、智能化处理水平较高的特点。
文档编号G05D1/02GK101551672SQ20081005259
公开日2009年10月7日 申请日期2008年4月2日 优先权日2008年4月2日
发明者安伯天, 安照雄, 李四维 申请人:天津市斯卡特科技有限公司