考虑艇体动态约束的 USV-UAV 协同轨迹规划算法
机器人学
2023-01-31 v2
摘要
在复杂动态环境中高效生成轨迹仍是无人水面艇（USV）领域的一个开放问题。USV 的感知常受艇体摇摆与环境天气干扰，使其规划最优 USV 轨迹颇具挑战。本文提出一种面向耦合 USV-UAV 系统的协同轨迹规划算法，以确保 USV 在多障碍物地图自主前进过程中执行安全平滑路径。具体而言，无人机（UAV）充当飞行传感器，通过轻量级语义分割网络与 3D 投影变换提供实时全局地图与障碍物信息。随后，基于图搜索方法生成初始避障轨迹。针对 USV 独特的欠驱动运动学特性，引入基于艇体动态约束的数值优化方法，使轨迹更易于被运动控制跟踪。最后，提出一种基于 NMPC 且在执行过程中具有最低能耗约束的运动控制方法。实验结果验证了整个系统的有效性，所生成轨迹对 USV 而言为局部最优且具备可观跟踪精度。
引用
@article{arxiv.2209.03261,
title = {Cooperative trajectory planning algorithm of USV-UAV with hull dynamic constraints},
author = {Tao Huang and Zhe Chen and Wang Gao and Zhenfeng Xue and Yong Liu},
journal= {arXiv preprint arXiv:2209.03261},
year = {2023}
}
备注
11 pages, 9 figures