پيشگيري برخورد با موانع مبتني بر تابع پتانسيل مجازي و سونار جلونگر

Preventing collision with obstacles based on virtual potential function and Forward looking sonar

يكي از مباحث ويژه هدايت و ناوبري ربات خودكار در محيط هاي ناشناخته، شناسايي موانع و اجتناب از برخورد با آنها است. شناسايي مانع، پيش نياز اساسي براي فرآيند عبور از مانع محسوب مي شود و انواع سونار به عنوان پركاربردترين ابزار در شناسايي موانع در محيط هاي آبي مطرح مي باشند. بخشي از اين پژوهش به مدل سازي سونار دوبعدي جلونگر براي محاسبه فاصله و سمت وسيله نسبت به مانع اختصاص دارد كه از خروجي آن در الگوريتم هدايتي مبتني بر دستاورد تابع پتانسيل مجازي استفاده مي گردد. تابع پتانسيل، نيروي دافعه مجازي توليد مي كند كه منجر به رانده شدن وسيله از مانع در فاصله اي ايمن نسبت به آن مي گردد. خروجي الگوريتم پيشنهادي، زاويه سمت مورد نياز براي دور زدن مانع در صفحه افقي xy است كه بصورت جبري به زاويه سمت ناشي از قانون هدايت اصلي (هدايت هدف بين LOS) براي تعقيب مسير اضافه مي گردد. همچنين از حاصلضرب ضريب بهره منتجه از توابع وزني مسافت و زاويه سمت مبتني بر منطق فازي براي بهينه سازي زاويه سمت موردنياز براي دور زدن وسيله استفاده شده است. دستاورد پيشنهادي يك الگوريتم واكنش سريع براي طراحي مسير بهينه حول مانع است كه براي ارزيابي ميزان كارايي، روي شناور زيرآبي خودكار با ديناميك شش درجه آزادي شبيه سازي شده است.

One of the special topics of guidance and navigation of the autonomous robots in unknown environments, identifying obstacles and avoiding collision with them. Obstacle detection is an essential prerequisite for the process of crossing the obstacle and the types of sonar’s are the most widely used tools for identifying obstacles in the aquatic environment. Part of this research is dedicated for modeling of the two-dimensional forward looking sonar that to calculate the distance and bearing of the device relative to the obstacle which uses its output in a guidance algorithm based on virtual potential function technique. The potential function produces a virtual repulsion force which results in the device being drive away from the obstacle in a safe distance from it. The output of the proposed algorithm is the required steering angle to circumvent an obstacle in the horizontal xy plane, which is added algebraically to the bearing angle resulting from the basic guidance principle (line of sight guidance) to track the path. Also the product of the resultant gain coefficient of weight functions of the distance and bearing based on fuzzy logic used to optimized the required bearing angle to circumvent the device. The proposed achievement is a rapid reaction algorithm for designing an optimal path around an obstacle which is simulated to evaluate the performance on a autonomous underwater vehicle with six degrees of freedom.