针对三维复杂环境下高时效规划无人机航迹问题, 提出一种改进的双向A*算法。设计扇面搜索域, 减少计算开销; 动态调整启发函数权重, 优化代价函数, 提高搜索效率; 引入关键节点筛选策略, 消除航迹中的冗余点, 生成全局最优静态航迹。就飞行航迹中出现的动态避障问题, 设计动态避障航迹最短优化目标函数, 提出基于变分法的动态避障算法, 考虑航迹容忍度, 实现局部航迹在线调整和优化。仿真结果表明, 设计的航迹规划算法不仅能在复杂环境下高时效规划出一条期望航迹, 还能对突发威胁动态避障。

为了提高无人船局部动态避障的规范性、安全性和稳定性, 提出基于漂角估计的无人船局部动态避障方法。首先, 根据国际海上避碰规则(COLREGS)选取动态窗口法(DWA)的速度空间; 其次, 根据预测的障碍物运动状态选择动态窗口法中无人船的无碰预测轨迹; 最后, 考虑海洋扰动, 利用横向位置误差估计漂角, 并在无人船的航向上进行补偿。仿真实验结果验证了所提方法的有效性。

针对Informed-RRT*算法在路径规划中与动态障碍物的碰撞问题, 提出基于Informed-RRT*和人工势场法的改进路径规划算法。该算法引入椭圆区域采样策略和自适应步长策略提高了寻找可行全局路径的稳定性和效率, 在静态障碍物边界区域获得最优成本可行路径方案。当机器人按照全局路径运动遇到动态障碍物时, 引入裁剪路径分支策略和人工势场法对局部路径进行重规划, 实现动态避障功能。将改进算法应用于仿真环境, 结果表明改进算法实现了全局最优探索和局部避障功能, 验证了算法的有效性。

针对水下机器人(ROV)避碰机动障碍物的问题,提出了一种改进的速度障碍法,以提高复杂环境中水下机器人的自主避障能力。将动态障碍物在速度空间中的运动不确定性转化为位置的不确定性; 通过分析动态障碍物的碰撞风险和最大膨胀圆的速度障碍来明确开始和结束避障的时间; 设计了考虑安全性、目标趋向性和速度改变量3个因素的目标函数,以实现最优避障速度的选取。最后,通过仿真实验验证了该避障方法的可行性与有效性。

针对水面无人艇在复杂海况下的动态避障问题，构建了障碍物模型和碰撞风险模型，通过引入多个约束条件的改进速度障碍法，实现了复杂海况下水面无人艇动态避障的航迹重规划。针对无人艇长宽比较大的几何特点，提出了矩形包围框的障碍物模型描述方法，建立无人艇相对运动模型，并在船体坐标系下计算相对运动参数。通过计算碰撞危险度来确定开始避障的时机。最后，在速度障碍法的基础上引入障碍物模型约束和水面无人艇自主局部避障系统特性约束对避障路径进行优化，并通过实验获得动态避障环境下的航迹重规划结果。基于V-REP（Virtual Robot Experimentation Platform）平台仿真实验以及实船避障实验表明，在航速12节的情况下，避碰过程中的路径重规划时间在15 s以下，满足在实际航行多约束条件下水面无人艇的动态避障要求。

针对存在随机运动障碍的复杂动态环境, 提出了一种改进的机器人路径规划新方法。对于随机运动障碍, 综合考虑机器人与障碍物的相对位置及相对速度, 设计一种新的动态障碍避碰规则, 使机器人安全地避开障碍, 并避免大量迂回路径; 对于匀变速运动目标, 采用改进的人工势场法, 引入相对速度及加速度因素, 使机器人能追上目标并保持同步运动。基于Matlab的仿真实验验证了所提方法的有效性。