Path planning and obstacle avoidance for auv: a review


 Local path planning with unknown and dynamic obstacles



Download 1,78 Mb.
Pdf ko'rish
bet10/24
Sana01.01.2022
Hajmi1,78 Mb.
#302313
1   ...   6   7   8   9   10   11   12   13   ...   24
Bog'liq
OceanEngineering2021-cheng

4. Local path planning with unknown and dynamic obstacles

In dynamic and uncertain underwater environments, it is difficult

or even impossible to obtain the information of various obstacles

before path planning. Obviously, unknown and dynamic obstacles will

pose big safety issues for AUVs to perform underwater tasks. In this

case, there is usually a planned path from a global path planner and

AUV still needs a local path planner to avoid these unknown and

dynamic obstacles. In recent years, many path planning methods have

been proposed for unknown and dynamic obstacle avoidance, like

Rapidly-exploring Random Trees, Artificial Potential Field, Fuzzy Logic

Algorithm, Neural Network, Reinforcement Learning and even Deep

Reinforcement Learning. Different form other robot platforms on land

or in the air, these methods mostly use sonar sensors (

Nussbaum et al.

,

1996


;

Ghatak et al.

,

2006


;

Zou et al.

,

2007


) to obtain the real-time

distances and angles of surrounding obstacles, and use local dynamic

path planning technology to complete obstacle avoidance tasks, which

greatly improves the autonomy of AUV.



4.1. Rapidly-exploring Random Trees (RRT)

The fundamental idea behind the RRT algorithm is to scatter some

points randomly in the search space and then connect them into a

motion path for robot via calculation. The mechanism of a basic RRT

algorithm is shown in

Fig. 7


. In

Fig. 7


,

𝑥

𝑖𝑛𝑖𝑡

is the starting node and



𝑥

𝑟𝑎𝑛𝑑

is the target node. Through collision detection of random sampling

points in the state space, the nearest

𝑥

𝑛𝑒𝑎𝑟

node to the target node can

be found, which extends the

𝑥

𝑛𝑒𝑤

node to the open undetected area.

The RRT algorithm considers both the algebraic constraints caused by

obstacles and the differential constraints caused by dynamics of AUV

in Section

2 Tan et al.

(

2004


), and can effectively find a collision free

path from the starting node to the target node.

Tan et al.

(

2005



) combined RRT with a hybrid modeling technique –

Maneuver Automaton (MA) – to capture the key dynamics of a nonlin-

ear autonomous underwater vehicle (AUV) such as rudder deflection

and rudder rate. In the path planning with obstacles, their proposed

RRT algorithm increases the generation of sub nodes, which allows

AUV to complete the task safely with greater probability. To reduce

unnecessary space exploration,

Hernández et al.

(

2011


) proposed the

homotopy rapidly-exploring random trees (HRRT) algorithm, HRRT can

prevent the tree from growing out of the space region of homotopy class

and allow AUV to move towards the target point in different ways while

avoiding obstacles.

Hernández et al.

(

2015


) applied the transition

rapidly-exploring random trees (

Jaillet et al.

,

2010



) algorithm to AUV

path planning. In their method, the distance between seabed and AUV

is considered in the costmap of RRT algorithm. Their experimental

results show that AUV can complete corresponding underwater explo-

ration tasks near the seabed.

Li et al.

(

2017


) proposed a liveness-based

RRT (Li-RRT) by adding a liveness index to describe the effectiveness

of each node in the tree. In Li-RRT, a collision detection index, collision

degree, offspring collision and adjacent collision that will greatly affect

the expansion ability are also defined. Their numerical simulation

experimental results show that AUV can avoid collision with the coast

in underwater environments.

Yu et al.

(

2017


) proposed a smooth-RRT

algorithm for AUV motion planning in accordance with the steering

characteristics of AUV. Compared with the classical RRT, a convergence

factor and angle factor are introduced which can reduce the generation

of unnecessary nodes. In addition, the hydrodynamic angle is consid-

ered when AUV calculates the motion angle, and the greedy strategy

is used to make the path smoother. Simulated experimental results

show that AUV can reduce the number of turns in presence of many

obstacles.

Taheri et al.

(

2019


) proposed a closed-loop rapidly-exploring

random tree (CL-RRT) algorithm to solve the kinematic constraints

caused by obstacles and the characteristics of AUV. In CL-RRT, three

fuzzy proportional derivative controllers and AUV models in Section

2

were used to evaluate whether the range and vertices of the search tree



satisfy the nonholonomic dynamic constraints of AUV. It was verified

on xPC Target generator that CL-RRT could find collision-free paths in

3D space with clutter obstacles, but the experiment did not involve an

actual AUV.



𝑅𝑅𝑇

is one of the sampling-based algorithms proposed



in recent years (

Karaman and Frazzoli

,

2011


). It not only ensures the

probability completeness, but also solves the problem that the RRT

algorithm might get a suboptimal solution. In addition,

𝑅𝑅𝑇

changes



the expansion mode of nodes and selects the node with the lowest cost

in the extended domain as the parent node with a cost function.

Fu

et al.


(

2019


) improved the

𝑅𝑅𝑇

algorithm using heuristic ellipsoid



subset sampling for centralized search. Their experimental results with

terrain obstacles and floating objects show that AUV can approach the

optimal path faster.


Download 1,78 Mb.

Do'stlaringiz bilan baham:
1   ...   6   7   8   9   10   11   12   13   ...   24




Ma'lumotlar bazasi mualliflik huquqi bilan himoyalangan ©hozir.org 2024
ma'muriyatiga murojaat qiling

kiriting | ro'yxatdan o'tish
    Bosh sahifa
юртда тантана
Боғда битган
Бугун юртда
Эшитганлар жилманглар
Эшитмадим деманглар
битган бодомлар
Yangiariq tumani
qitish marakazi
Raqamli texnologiyalar
ilishida muhokamadan
tasdiqqa tavsiya
tavsiya etilgan
iqtisodiyot kafedrasi
steiermarkischen landesregierung
asarlaringizni yuboring
o'zingizning asarlaringizni
Iltimos faqat
faqat o'zingizning
steierm rkischen
landesregierung fachabteilung
rkischen landesregierung
hamshira loyihasi
loyihasi mavsum
faolyatining oqibatlari
asosiy adabiyotlar
fakulteti ahborot
ahborot havfsizligi
havfsizligi kafedrasi
fanidan bo’yicha
fakulteti iqtisodiyot
boshqaruv fakulteti
chiqarishda boshqaruv
ishlab chiqarishda
iqtisodiyot fakultet
multiservis tarmoqlari
fanidan asosiy
Uzbek fanidan
mavzulari potok
asosidagi multiservis
'aliyyil a'ziym
billahil 'aliyyil
illaa billahil
quvvata illaa
falah' deganida
Kompyuter savodxonligi
bo’yicha mustaqil
'alal falah'
Hayya 'alal
'alas soloh
Hayya 'alas
mavsum boyicha


yuklab olish