Multi-AUV Formation Reconfiguration Obstacle Avoidance Algorithm Based on Affine Transformation and Improved Artificial Potential Field Under Ocean Currents Disturbance

避障 势场 扰动(地质) 控制理论(社会学) 控制重构 计算机科学 转化(遗传学) 算法 障碍物 领域(数学) 避碰 仿射变换 控制工程 工程类 移动机器人 人工智能 数学 地质学 控制(管理) 机器人 几何学 地球物理学 碰撞 嵌入式系统 古生物学 基因 化学 法学 纯数学 生物化学 计算机安全 政治学
作者
Wen Pang,Daqi Zhu,Changyin Sun
出处
期刊:IEEE Transactions on Automation Science and Engineering [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:21 (2): 1469-1487 被引量:15
标识
DOI:10.1109/tase.2023.3245818
摘要

In this paper, the formation obstacle avoidance problem of autonomous underwater vehicles (AUVs) under the disturbances of ocean currents is studied. A variable formation reconfiguration and obstacle avoidance control scheme based on affine transform and the improved artificial potential field (AT-IAPF) is designed, which enable AUVs to avoid both static and dynamic obstacles under external interference, and maintain the desired time-varying formation. Because of the robustness and strong effectiveness of the time-varying control of AT and the obstacle avoidance control law of IAPF. The AT-IAPF algorithm improves the multi-AUV systems' environmental adaptability and obstacle avoidance performance. Using the Lyapunov function's stability constraint guarantees stability of a multi-AUV system. A series of simulation results based on MATLAB verify that AUVs can effectively avoid obstacles with different formation shapes. Obstacle avoidance experiments on bionic robotic fish demonstrate the proposed method's feasibility. Note to Practitioners—This paper was motivated by the problem of formation reconfiguration and obstacle avoidance for AUVs. Still, it also applies to unmanned ground vehicles (UGVs) and unmanned aerial vehicles (UAVs). The existing formation control methods usually solve the problems of formation acquisition and time-invariant maneuvering, and rarely consider the problem of formation obstacle avoidance. This paper presents a new formation obstacle avoidance method using affine transformation (AT) and improved artificial potential field (IAPF) techniques. We use the IAPF method to plan a possible path for the formation in the obstacle environment. At the same time, the appropriate formation shape is selected according to the obstacle information to better adapt to the environment. The preliminary experiments of two bionic robot fish in near-surface positions show that this method is feasible. During the experiment, UWB is used for positioning, and a Zigbee module is used to communicate and transmit data. But it still needs to solve the problem of underwater communication, and it has yet to be tested on multiple bionic robot fish. In future studies, we will conduct multiple actual AUV formation obstacle avoidance experiments or do 3D formation control experiments underwater.
最长约 10秒,即可获得该文献文件

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
更新
PDF的下载单位、IP信息已删除 (2025-6-4)

科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
4秒前
Zhusy完成签到 ,获得积分10
5秒前
朱婷完成签到 ,获得积分10
8秒前
隐形的非笑完成签到 ,获得积分10
8秒前
小枫5977完成签到 ,获得积分10
9秒前
嗯嗯嗯哦哦哦完成签到 ,获得积分10
11秒前
大模型应助卓垚采纳,获得10
14秒前
21秒前
不摇头的向日葵完成签到 ,获得积分10
21秒前
汉堡包应助科研通管家采纳,获得10
22秒前
香蕉觅云应助科研通管家采纳,获得10
22秒前
科研通AI2S应助科研通管家采纳,获得10
22秒前
大糖糕僧完成签到,获得积分10
25秒前
亚亚完成签到 ,获得积分10
25秒前
lennon完成签到,获得积分10
25秒前
卓垚发布了新的文献求助10
26秒前
屿杓发布了新的文献求助20
37秒前
yoyo应助Tony12采纳,获得10
46秒前
Emperor完成签到 ,获得积分0
47秒前
uupp完成签到,获得积分10
52秒前
卓垚完成签到,获得积分10
54秒前
西瓜完成签到 ,获得积分10
59秒前
lynn完成签到,获得积分10
1分钟前
屿杓完成签到,获得积分10
1分钟前
里德完成签到 ,获得积分10
1分钟前
心悦臣服完成签到,获得积分20
1分钟前
小幸运R完成签到 ,获得积分10
1分钟前
一行白鹭上青天完成签到 ,获得积分10
1分钟前
心悦臣服发布了新的文献求助10
1分钟前
1分钟前
橘涂完成签到 ,获得积分10
1分钟前
Roy完成签到,获得积分10
1分钟前
Lamis完成签到 ,获得积分10
1分钟前
zjq发布了新的文献求助30
1分钟前
zz发布了新的文献求助10
1分钟前
tkbxa完成签到 ,获得积分10
1分钟前
不甜完成签到 ,获得积分10
1分钟前
zz完成签到,获得积分10
1分钟前
无花果应助RLF采纳,获得10
1分钟前
kingfly2010完成签到,获得积分10
1分钟前
高分求助中
Les Mantodea de Guyane: Insecta, Polyneoptera [The Mantids of French Guiana] 2500
Future Approaches to Electrochemical Sensing of Neurotransmitters 1000
生物降解型栓塞微球市场(按产品类型、应用和最终用户)- 2030 年全球预测 1000
盐环境来源微生物多相分类及嗜盐古菌基因 组适应性与演化研究 500
Thermal Expansion of Solids (CINDAS Data Series on Material Properties, v. I-4) 470
American Historical Review - Volume 130, Issue 2, June 2025 (Full Issue) 400
Canon of Insolation and the Ice-age Problem 400
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 医学 生物 工程类 有机化学 物理 生物化学 纳米技术 计算机科学 化学工程 内科学 复合材料 物理化学 电极 遗传学 量子力学 基因 冶金 催化作用
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 3910424
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 3456028
关于积分的说明 10886803
捐赠科研通 3182059
什么是DOI,文献DOI怎么找? 1758948
邀请新用户注册赠送积分活动 850770
科研通“疑难数据库(出版商)”最低求助积分说明 792237