基于ROS的无人船路径规划及控制方法研究.pdfVIP

摘要

无人船（UnmannedSurfaceVehicle，USV）是一种能够在水上自主导航、完成各种任务的

无人驾驶船舶。其在海洋勘探、水文测量、环境监测等领域的应用越来越广泛。然而，目前

无人船多采用遥控控制，缺乏自主航行和作业能力。为此，本文对无人船的测控系统进行了

深入研究，提出了一套无人船的测控系统方案，并设计了一种具有遍历特点的无人船全覆盖

路径规划控制算法和一种具有最短路径特点的无人船点到点路径规划控制算法。

本文提出了一套基于ROS机器人操作系统的无人船测控系统方案，该方案将无人船系统

拆分为嵌入式系统和远程监控系统。其中，嵌入式系统是无人船的主体部分，采用JetsonNano

和BeagleBoneBlue两个主控制器来实现无人船的规划感知和底层控制功能。远程监控系统通

过无线网络对无人船的嵌入式系统进行远程指令下发以及状态监测。

本文针对无人船的路径规划控制算法问题，提出了一种基于生物激励神经网络模型的全

覆盖路径规划算法。该算法采用覆盖优先级和转向消耗函数对神经元活性值进行修正，并使

用启发式有哪些信誉好的足球投注网站解决全覆盖过程中的死角问题，结合栅格地图实现无人船的全覆盖路径规划。

在此基础上，本文还针对无人船的特殊应用场景，对A*算法的启发函数进行改进，并提出路

径点优化策略，同时对DWA算法的轨迹评价函数进行改进，增强了该算法在局部避障方面

的能力。最后，本文将两种改进算法进行融合，提出适用于无人船的点到点路径规划算法，

可以在无碰撞的前提下实现无人船对目标位置的快速到达。

本文对提出的两种路径规划算法进行了仿真验证，然后根据提出的无人船测控系统方案

搭建了无人船实验平台，并在水池和湖泊两种水面场景下进行了路径规划实验。实验结果表

明，本文提出的全覆盖路径规划算法可以有效实现无人船对任务水域的完全覆盖，并能利用

点到点路径规划算法安全返航。此外，本文提出的基于ROS机器人操作系统的无人船测控系

统方案也为无人船研究领域提供了一种有效的支持方式。

关键词：无人船，ROS，全覆盖路径规划，点到点路径规划

ABSTRACT

UnmannedSurfaceVehicles(USVs)areautonomousvesselscapableofnavigatingand

completingvarioustasksonwater.Theyareincreasinglybeingusedinoceanexploration,

hydrographicsurveying,andenvironmentalmonitoring.However,mostUSVscurrentlyrelyon

remotecontrol,lackingautonomousnavigationandoperationcapabilities.Toaddressthisissue,aset

ofUSVmeasurementandcontrolsystemschemesisproposedinthispaper,withanin-depthstudy

ofthemeasurementandcontrolsystemofUSVs.Additionally,aUSVfull-coveragepathplanning

controlalgorithmwithtraversalcharacteristicsandapoint-to-pointpathplanningcontrolalgorithm

withtheshortestpathcharacteristicsaredesignedinthispaper.

AUSVmeasurementandcontrolsystemschemebasedontheROSrobotoperatingsystemis

proposedinthispaper,whichdividestheUSV