本发明公开了一种用于无人船路径跟随和避障的改进DWA动态窗口法，包括以下步骤:S1:首先获取左右满舵对应的最大角速度和最小角速度，令右满舵为最小角速度，左满舵为最大角速度；S2：将S1中所述的最小角度和最大角速度这个闭合区间内均匀采样任意数值个角速度，每个角速度对应一个舵角；S3：选取的模拟时间为任意数值，模拟时间间隔为任意数值，无人船速度V为任意数值；S4：将S3中所述的模拟时间、模拟时间间隔和无人船速度依次代入到无人船运动公式中。本发明中，便于寻找一种路径跟随和避障性能都好，实时性好，计算效率高的方法，此方法让无人船沿着路径行驶的时候，能够实时躲避障碍物，有利于使用。
1.用于无人船路径跟随和避障的改进DWA动态窗口法，其特征在于，包括以下步骤:S1:首先获取左右满舵对应的最大角速度和最小角速度，令右满舵为最小角速度，左满舵为最大角速度；
S2：将S1中所述的最小角速度和最大角速度这个闭合区间内均匀采样任意数值个角速度，每个角速度对应一个舵角；
S3：选取的模拟时间为任意数值，模拟时间间隔为任意数值，无人船速度V为任意数值；
S4：将S3中所述的模拟时间、模拟时间间隔和无人船速度依次代入到无人船运动公式中，计算出所有采样角速度在模拟时间t内每个模拟时间间隔Δt的坐标和朝向，以此来生成每个采样角速度对应的轨迹；
S5：将S4中生成的轨迹进行评价，通过所示的方法，评价无人船中心与轨迹终点连线上是否有障碍物；
S6：S5中所述所示方法中的方法1：若轨迹会使无人船碰到障碍物，则此轨迹不能选择；
S7：S5中所述所示方法中的方法2：若轨迹终点朝向和它与路径局部目标点的连线的夹角越小得分越高，S5中所述所示方法中的方法3：若轨迹终点和路径终点的距离越小得分越高，S5中所述所示方法中的方法4：若轨迹终点偏离路径的距离越小得分越高；
S8：将S6中方法1排除，将S4中生成的其他轨迹利用S7中所述的方法2、方法3、和方法4进行评价，然后对S7中所述的方法进行得分并分别进行归一化处理；
S9：将S8中所述的得分进行对比，筛选出得分最高的轨迹，此轨迹对应的舵角就是无人船此时此刻的最佳舵角。
2.根据权利要求1所述的用于无人船路径跟随和避障的改进DWA动态窗口法，其特征在于，所述S3中，模拟时间用t表示，时间间隔用Δt表示，无人船的速度用V表示。
3.根据权利要求1所述的用于无人船路径跟随和避障的改进DWA动态窗口法，其特征在于，所述S4中，无人船运动公式为：Xt＝Xt-1+V*cos(θt-1)*Δt，Yt＝Yt-1+V*cos(θt-1)*Δt和θt＝θt-1+W*Δt。
4.根据权利要求1所述的用于无人船路径跟随和避障的改进DWA动态窗口法，其特征在于，所述S7中，方法2、方法3和方法4同等重要。
5.根据权利要求1所述的用于无人船路径跟随和避障的改进DWA动态窗口法，其特征在于,所述S1中，右满舵的最小角速度为任意数值。
6.根据权利要求1所述的用于无人船路径跟随和避障的改进DWA动态窗口法，其特征在于，所述S1中，左满舵的最大角速度为任意数值。
用于无人船路径跟随和避障的改进DWA动态窗口法
技术领域
[0001] 本发明涉及无人船路径跟随和避障技术领域，尤其涉及一种用于无人船路径跟随和避障的改进DWA动态窗口法。
背景技术
[0002] 随着人工智能产业的兴起，无人船作为其中的一部分，也备受瞩目。实现无人船需要考虑以下六个方面：地图，定位，路径规划，路径跟随，避障和环境感知，地图为定位提供依据，为路径规划提供空间，定位告诉无人船位置，避免路径跟随时迷路，路径规划给无人船规划起点到终点的最佳路径，为路径跟随提供路径，路径跟随使得无人船沿着路径行驶，并且能够躲避障碍物，环境感知类似无人船的“眼睛”，让无人船感知周围环境并且识别障碍物，现有技术中采用的PID法根据无人船距离路径的偏离距离与夹角，来确定比例系数，积分系数和微分系数减少误差，从而来控制无人船沿着路径行驶；采用的人工势场法运用引力和斥力的概念，将目标点设置为引力，障碍物设置为斥力，然后根据引力场和斥力场公式来使得无人船躲避障碍物并且朝着目标点行驶。
[0003] 但是现有技术中仍存在一些缺点，PID法只考虑到了路径跟随，没有考虑避障，需要专门为此方法提供一个避障方法，人工势场法在引力和斥力相等的时候，容易陷入局部最优解，导致无人船不知道往哪个方向行驶，同时此方法路径跟随性能比较差，不能满足使用需求，因此我们提出了用于无人船路径跟随和避障的改进DWA动态窗口法用于解决上述问题。
发明内容
[0004] 基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了用于无人船路径跟随和避障的改进DWA动态窗口法。
[0005] 本发明提出的用于无人船路径跟随和避障的改进DWA动态窗口法，包括以下步骤:
[0006] S1:首先获取左右满舵对应的最大角速度和最小角速度，令右满舵为最小角速度，左满舵为最大角速度；
[0007] S2：将S1中所述的最小角度和最大角速度这个闭合区间内均匀采样任意数值个角速度，每个角速度对应一个舵角；
[0008] S3：选取的模拟时间为任意数值，模拟时间间隔为任意数值，无人船速度V为任意数值；
[0009] S4：将S3中所述的模拟时间、模拟时间间隔和无人船速度依次代入到无人船运动公式中，计算出所有采样角速度在模拟时间t内每个模拟时间间隔Δt的坐标和朝向，以此来生成每个采样角速度对应的轨迹；
[0010] S5：将S4中生成的轨迹进行评价，通过如图3所示的方法，评价无人船中心与轨迹终点连线上是否有障碍物；
[0011] S6：S5中所述如图3所示方法中的方法1：若轨迹会使无人船碰到障碍物，则此轨迹不能选择；
[0012] S7：S5中所述如图3所示方法中的方法2：若轨迹终点朝向和它与路径局部目标点的连线的夹角越小得分越高，S5中所述所示方法中的方法3：若轨迹终点和路径终点的距离越小得分越高，S5中所述所示方法中的方法4：若轨迹终点偏离路径的距离越小得分越高,方法2、方法3和方法4均如图4所示；
[0013] S8：将S6中方法1排除，将S4中生成的其他轨迹利用S7中所述的方法2、方法3、和方法4进行评价，然后对S7中所述的方法进行得分并分别进行归一化处理；
[0014] S9：将S8中所述的得分进行对比，筛选出得分最高的轨迹，此轨迹对应的舵角就是无人船此时此刻的最佳舵角。
[0015] 优选地，所述S3中，模拟时间用t表示，时间间隔用Δt表示，无人船的速度用V表示。
[0016] 优选地，所述S4中，无人船运动公式为：Xt＝Xt-1+V*cos(θt-1)*Δt，Yt＝Yt-1+V*cos(θt-1)*Δt和θt＝θt-1+W*Δt。
[0017] 优选地，所述S7中，方法2、方法3和方法4同等重要。
[0018] 优选地,所述S1中，右满舵的最小角速度为任意数值。
[0019] 优选地，所述S1中，左满舵的最大角速度为任意数值。
[0020] 本发明中，便于寻找一种路径跟随和避障性能都好，实时性好，计算效率高的方法，此方法让无人船沿着路径行驶的时候，能够实时躲避障碍物，有利于使用。
附图说明
[0021] 图1为用于无人船路径跟随和避障的改进DWA动态窗口法的流程图；
[0022] 图2为轨迹生成方法示意图；
[0023] 图3为轨迹碰到障碍物的评价方法示意图；
[0024] 图4为轨迹得分评价方法示意图。
具体实施方式
[0025] 下面结合具体实施例对本发明作进一步解说。
[0026] 实施例
[0027] 参考图1-4，本发明提出的用于无人船路径跟随和避障的改进DWA动态窗口法，包括以下步骤：
[0028] S1:首先获取左右满舵对应的最大角速度和最小角速度，令右满舵为最小角速度，最小角速度为任意数值，现选择为-0.19625rad/s，左满舵为最大角速度，最大角速度为任意数值，现选择为0.19625rad/s。；
[0029] S2：将S1中的最小角度和最大角速度这个闭合区间内均匀采样11个角速度，每个角速度对应一个舵角；
[0030] S3：选取模拟时间t为任意数值，现选择为2s，模拟时间间隔Δt为任意数值，现选择为0.2s，无人船速度V为任意数值，现选择为3.4m/s；
[0031] S4：将S3中的模拟时间、模拟时间间隔和无人船速度依次代入到无人船运动公式为：Xt＝Xt-1+V*cos(θt-1)*Δt，Yt＝Yt-1+V*cos(θt-1)*Δt和θt＝θt-1+W*Δt中，计算出所有采样角速度在模拟时间t内每个模拟时间间隔Δt的坐标和朝向，以此来生成每个采样角速度对应的轨迹；
[0032] S5：将S4中生成的轨迹进行评价，通过如图3所示的方法，评价无人船中心与轨迹终点连线上是否有障碍物，来选择不会碰到障碍物的轨迹，实现了躲避障碍物，同时通过调整连线线段的长度，可以选择躲避障碍物的范围，这样可以避免打舵不及时，舵角反应慢等造成的避障不及时问题，通过判断轨迹是否靠近路径，是否靠近局部目标点和终点，使得无人船能够沿着路径行驶，实现了路径跟随，其中无人船中心到轨迹终点的连线线段100m，线段采样长度间隔1m；
[0033] S6：S5中所述如图3所示方法中的方法1：若轨迹会使无人船碰到障碍物，则此轨迹不能选择；
[0034] S7：S5中所述如图3所示方法中的方法2：若轨迹终点朝向和它与路径局部目标点的连线的夹角越小得分越高，S5中所述所示方法中的方法3：若轨迹终点和路径终点的距离越小得分越高，S5中所述所示方法中的方法4：若轨迹终点偏离路径的距离越小得分越高,方法2、方法3和方法4均如图4所示；
[0035] S8：将S6中方法1排除，将S4中生成的其他轨迹利用S7中的方法2、方法3、和方法4进行评价，然后对S7中的方法进行得分并分别进行归一化处理；
[0036] S9：将S8中的得分进行对比，筛选出得分最高的轨迹，此轨迹对应的舵角就是无人船此时此刻的最佳舵角，能够使得无人船沿着路径行驶并且能够实时地躲避障碍物。
[0037] 以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
