基于中轴骨架的复杂水下环境中水下机器人健壮路径规划方法

How to let underwater robots accommodate the complicated underwater environment to plan a robust path for them is an urgent scientific problem. Nowadays, the major research methods on this problem include the dynamic local optimization methods and the static global optimization methods. However, dynamic affections are not considered in a global view in those methods, and catastrophic problems such as underwater robots hitting the obstacles and missing their ways will occur. Focusing on those problems, this project tries to use the continuity and the middle property of the medial axis, to research a robust path planning method for underwater robots. A hierarchical parallel generation method of the medial axis of multi underwater obstacles is proposed. A global optimization and medial axis-based method considering the safety of the underwater robots is researched. A real-time local path adjustment method focusing on the environment dynamic change is explored. The research results of this project can realize the global and safe movement of underwater robots. It can increase the ability to defend the dynamic environment change when underwater robots move. It can increase the robustness of the path planning for underwater robots. It has some optimal uses for broadening the ability of probing the nature for human beings.

如何让水下机器人适应复杂的水下环境，为其规划出健壮的路径是一个迫切需要解决的科学问题。目前，针对该问题的主要研究方法包括依赖局部的动态优化方法和依赖全局的静态优化方法，但这些方法都未能从全局角度充分考虑复杂环境的动态影响，导致出现水下机器人碰撞障碍、无法到达目的地等影响路径规划健壮性的严重问题。针对这些问题，本项目拟利用中轴骨架的连续性和中间性，研究水下机器人的健壮路径规划方法。提出层次化的水下多障碍中轴骨架的并行高效生成方法，研发基于中轴骨架、考虑水下机器人安全的全局优化性水下机器人移动方法，探索针对环境动态变化的实时路径局部调整方法。本项目的研究成果，能够实现水下机器人的全局、安全的移动，可以增加水下机器人移动时对环境动态变化的应对能力，对提高水下机器人路径规划的健壮性、拓展人类对自然界的探测能力有着一定积极的作用。

如何让水下机器人适应复杂的水下环境，为其规划出健壮的路径是一个迫切需要解决的科学问题。目前，针对该问题的主要研究方法包括依赖局部的动态优化方法和依赖全局的静态优化方法，但这些方法都未能从全局角度充分考虑复杂环境的动态影响，导致出现水下机器人碰撞障碍、无法到达目的地等影响路径规划健壮性的严重问题。针对这些问题，本项目拟利用中轴骨架的连续性和中间性，研究水下机器人的健壮路径规划方法。提出层次化的水下多障碍中轴骨架的并行高效生成方法，研发基于中轴骨架、考虑水下机器人安全的全局优化性水下机器人移动方法，探索针对环境动态变化的实时路径局部调整方法。本项目的研究成果为由项目组成员发表的14篇期刊论文。本项目的研究成果能够实现水下机器人的全局、安全的移动，可以增加水下机器人移动时对环境动态变化的应对能力，对提高水下机器人路径规划的健壮性、拓展人类对自然界的探测能力有着一定积极的作用。