Efficient trajectory generation in complex dynamic environments remains an open problem in the unmanned surface vehicle (USV). The perception of the USV is usually interfered with by the swing of the hull and the ambient weather, making it challenging to plan the optimal USV trajectories. In this paper, a cooperative trajectory planning algorithm for the coupled USV-UAV system is proposed to ensure that USV can execute a safe and smooth path in the process of autonomous advance in multi-obstacle maps. Specifically, the unmanned aerial vehicle (UAV) plays the role of a flight sensor, providing real-time global map and obstacle information with a lightweight semantic segmentation network and 3D projection transformation. And then, an initial obstacle avoidance trajectory is generated by a graph-based search method. Concerning the unique under-actuated kinematic characteristics of the USV, a numerical optimization method based on hull dynamic constraints is introduced to make the trajectory easier to be tracked for motion control. Finally, a motion control method based on NMPC with the lowest energy consumption constraint during execution is proposed. Experimental results verify the effectiveness of the whole system, and the generated trajectory is locally optimal for USV with considerable tracking accuracy.


翻译:在复杂的动态环境中高效轨道生成仍然是无人驾驶地面飞行器(USV)的一个未决问题。对USV的印象通常受到船体摆动和环境天气的干扰,因此很难规划最佳的USV轨迹。在本文中,提议为配合的USV-UAV系统制定合作轨迹规划算法,以确保USV能够在多孔地图的自主推进过程中安全、顺利地执行一条路径。具体地说,无人驾驶航空器(UAV)发挥飞行传感器的作用,提供实时全球地图和障碍信息,使用轻量语分解网络和3D投影转换。然后,最初的避免障碍轨迹由基于图表的搜索方法产生。关于USV独特的低活性运动特征,采用了基于机体动态限制的数值优化方法,以便更容易跟踪运动控制轨迹。最后,提出了以NMPC为基础的运动控制方法,其执行期间的能量消耗限制最小。实验结果验证了整个系统的有效性,而生成的轨迹轨迹则对USV具有相当的精确性。

0
下载
关闭预览

相关内容

强化学习最新教程,17页pdf
专知会员服务
168+阅读 · 2019年10月11日
VCIP 2022 Call for Special Session Proposals
CCF多媒体专委会
1+阅读 · 2022年4月1日
ACM TOMM Call for Papers
CCF多媒体专委会
2+阅读 · 2022年3月23日
AIART 2022 Call for Papers
CCF多媒体专委会
1+阅读 · 2022年2月13日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
23+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
25+阅读 · 2019年5月18日
深度自进化聚类:Deep Self-Evolution Clustering
我爱读PAMI
14+阅读 · 2019年4月13日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
17+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
41+阅读 · 2019年1月3日
【SIGIR2018】五篇对抗训练文章
专知
12+阅读 · 2018年7月9日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2008年12月31日
VIP会员
相关资讯
VCIP 2022 Call for Special Session Proposals
CCF多媒体专委会
1+阅读 · 2022年4月1日
ACM TOMM Call for Papers
CCF多媒体专委会
2+阅读 · 2022年3月23日
AIART 2022 Call for Papers
CCF多媒体专委会
1+阅读 · 2022年2月13日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
23+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
25+阅读 · 2019年5月18日
深度自进化聚类:Deep Self-Evolution Clustering
我爱读PAMI
14+阅读 · 2019年4月13日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
17+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
41+阅读 · 2019年1月3日
【SIGIR2018】五篇对抗训练文章
专知
12+阅读 · 2018年7月9日
相关基金
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2008年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员