考虑几何约束的AUV回收路径规划

来源：机器人杂志2015年第4期北京时间：

作者：李晔, 姜言清, 张国成, 李一鸣, 陈鹏云

摘要：结合 3 次 B 样条的曲率连续特性和遗传算法的全局搜索特性，提出了一种适合欠驱动 AUV(自治水下机器人)的回收路径规划方法.算法给出连接始末位置的光滑 3 维路径，适用于 AUV 回收的归航阶段，能够保证 AUV 以合适的姿态进行后续的导引对接.首先，分析了 AUV 的欠驱动特性带来的几何约束问题，包括任务终端约束和运动约束.其次，根据 B 样条曲线的特性确定通过选取控制点序列来给出 3 维路径曲线的思路.第一步采用样板的方式确定一部分控制点使曲线满足终端约束条件，第二步将 AUV 的回转和升沉运动约束写入遗传算法，通过对解空间的启发式自适应搜索确定中间控制点，两部分控制点所决定的曲线满足所有的几何约束条件.最后，针对路径的生成和跟踪，设计了半物理动力学仿真试验，从几何的角度对比 AUV 航迹和路径.结果显示，路径与 AUV 的运动能力具有很好的匹配特性，能够保证跟踪结束时 AUV 的位置和姿态满足导引对接阶段的要求.

关键词：路径规划, 欠驱动 AUV, 水下回收, 遗传算法, B 样条