Path planning and obstacle avoidance for auv: a review



Download 1,78 Mb.
Pdf ko'rish
bet11/24
Sana01.01.2022
Hajmi1,78 Mb.
#302313
1   ...   7   8   9   10   11   12   13   14   ...   24
Bog'liq
OceanEngineering2021-cheng

4.2. Artificial potential field

Artificial potential field is a real-time path planning method pro-

posed by

Khatib


(

1986


). Through the establishment of virtual potential

field, the robot can approach the target point and avoid collision with

obstacles. The force analysis of the artificial potential field algorithm is

shown in


Fig. 8

, in which



𝐹

𝑎

represents the attraction force of the target

point to the robot, and

𝐹

𝑟

represents the repulsion force generated by

the obstacle. The direction of resultant force

𝐹

is obtained via vector

operation of forces to guide the robot moving towards the target point.

Due to the advantages of low cost, simple mathematical calculation

and convenient real-time observation, artificial potential field has been

widely used in path planning of autonomous mobile robot (

Cao et al.

,

2006



). However, if the resultant force is zero, the robot cannot find

the path or carry out a closed-loop motion. To solve this problem and

make it suitable for AUV path planning,

Ding et al.

(

2005


) introduced

a third virtual force in the artificial potential field algorithm. With

this modification, when encountering concave obstacles which are



Ocean Engineering 235 (2021) 109355

9

C. Cheng et al.



Fig. 8.

An illustration of force analysis for the artificial potential field algorithm.



Source:

Modified from

Cao et al.

(

2006



).

situations that AUVs need to confront in the marine environment, AUV

can move along the boundary of the obstacle and start the dynamic

recognition range to prevent forgetting obstacles.

Saravanakumar and

Asokan


(

2013


) put forward a multi-point potential field method, which

discretizes the surface of the obstacle facing the AUV head into multiple

points. By analyzing the force acting on multiple points and obstacles,

the underwater vehicle is guided to the point where the total potential

energy is minimum. The proposed method is tested in a 3D simulation

environment and experimental results show it can effectively avoid

dynamic and static obstacles. In addition, they emphasize that the

proposed multi-point potential field method is more suitable for the

6-DOF AUVs working in 3D space and is not meant for autonomous

ground vehicles (AGVs) operating in 3D terrain.

Cheng et al.

(

2015



)

proposed an artificial potential field method in consideration of both

the current and dynamic obstacles. This method combines the current

and the speed of the AUV to resist the adverse effect of the current

on the AUV navigation. Then the direction of AUV’s velocity can be

accurately determined with the relationship between repulsion force

and gravity. Their results show it can overcome influence of the cur-

rent and avoid collision with dynamic obstacles.

Villar et al.

(

2016



)

proposed an artificial potential field method for obstacle avoidance of

AUV with a mechanical scanning sonar. Specifically, different attraction

and repulsion constants are used in the potential function to create

an optimal path, and virtual obstacles are also introduced to solve

the local minimum problem. In a target search task,

Ge et al.

(

2018



)

proposed an improved potential field method for multi-AUV obstacle

avoidance. In their method, the dispersion degree, the homodromous

degree and district-difference degree are considered in the potential

field function, which can allow AUVs to complete the search task

accurately and avoid falling into local traps.

Noguchi and Maki

(

2019



)

proposed a path planning method based on artificial potential field

algorithm and reinforcement learning (

Rummery and Niranjan

,

1994


).

Because the environmental information obtained by sensors is limited

and fuzzy, binary Bayes filter (

Thrun


,

2002


) is used to estimate the oc-

cupancy probability of obstacles in the workspace of AUV. Experiments

show that this method can generate a safe path without contact with

obstacles.

Khalaji and Tourajizadeh

(

2020



) extracted the kinematics

and dynamics model of AUV in Section

2

. Then, based on Lyapunov



theory (

Lefeber et al.

,

2003


), a new nonlinear controller is proposed,

which uses the potential field algorithm to avoid local stationary or

moving obstacles. In addition, an adjustable avoidance gain is added to

the potential function, and the simulation results show that AUV can

bypass the obstacle with the minimum deviation from the reference

trajectory.

Fan et al.

(

2020



) proposed an improved artificial potential

field method for real-time path planning of AUV. In their method, a

distance correction factor is added to the exclusion function to solve the

local minimum problem, and the relative velocity method is introduced

to detect and avoid dynamic obstacles. Considering the potential obsta-

cles and forbidden areas in the monitoring system of the underwater



Fig. 9.

Illustration of the basic principle of fuzzy logic algorithm for obstacle avoidance

of AUV.

Source:

Modified from

Cordón et al.

(

1996



).

internet of things,

Lin et al.

(

2020



) proposed a joint control model for

multiple AUVs based on the artificial potential field algorithm. In their

method, the Software-Defined Networking (

Lin et al.

,

2018


) paradigm

is used to improve the flexibility and controllability of group based

AUV. In addition, each AUV in the system not only pays attention to

the influence of the surrounding obstacles, but also takes dynamics of

all AUVs into account. The simulated experimental results show that

the proposed method can effectively manage the path planning for all

AUVs.

The artificial potential field method has great advantages in avoid-



ing unknown obstacles. However, the local minimum problem should

be considered to avoid the instability of AUV caused by limited force,

which might bring more loss to the equipment or environment.


Download 1,78 Mb.

Do'stlaringiz bilan baham:
1   ...   7   8   9   10   11   12   13   14   ...   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