改进人工势场法的水陆两栖机器人路径规划*

马文宇，许云猛，王玉甲

(哈尔滨工程大学机电工程学院，哈尔滨 150001)

0 引言

水陆两栖机器人能够在海洋、陆地及海陆过渡环境下工作，帮助人类执行搜索、监测、运输等任务，是目前人类在近海域研究领域内的重点之一[1]。由于水陆两栖机器人工作时的复杂环境，其路径规划研究成为两栖机器人智能控制的核心问题之一。

在现有的路径规划算法当中，人工势场法是一种运算量小，算法结构简单的方法，常被用于各种无人平台的路径规划中。但传统人工势场法存在两个问题：目标不可达与局部平衡[2]。姚靖靖等[3]通过对障碍物作用范围进行限制和添加虚拟目标的方法，使机器人规避障碍物，解决到达不了目标点的问题；刘忠等[4]结合模拟退火法解决局部陷入最小值的问题；GEVA等[5]在斥力势场中加入动态的斥力因子来解决目标不可达问题；SUN等[6]为克服目标不可达问题，设置动态步长，减小障碍物斥力影响；ZHANG等[7]利用概率论知识重新建立势场模型来解决目标不可达的问题。相较于单一环境下工作的无人平台，水陆两栖机器人工作在二维叠加三维的复杂环境中，传统人工势场法在处理三维环境路径规划方面还少有研究。

本文提出利用改进人工势场法对水陆两栖机器人进行路径规划，建立改进的人工势场与机器人运动相结合。通过调整斥力势场解决目标不可达问题，通过改变斥力作用方向来突破局部受力平衡。机器人水下运动时，通过制定水下避障策略，将机器人在三维环境中的路径规划转化为平面内的运动研究。……