Optimal Motion Planning for Heterogeneous Multi-USV Systems Using Hexagonal Grid-Based Neural Networks and Parallelogram Law Under Ocean Currents

平行四边形 六方晶系 网格 六角形瓷砖 人工神经网络 运动(物理) 计算机科学 地质学 人工智能 大地测量学 化学 机器人 结晶学
作者
Danjie Zhu,Ya‐Jun Pan
出处
期刊:IEEE transactions on systems, man, and cybernetics [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:: 1-8 被引量:3
标识
DOI:10.1109/tsmc.2024.3375282
摘要

This article addresses the challenge of enhancing collaboration efficiency within a heterogeneous system of multiple unmanned surface vehicles (USVs) while accounting for the impact of ocean currents. In this context, this article introduces an intelligent algorithm called the hexagonal grid-based neural network with parallelogram law (HGNNPL). The algorithm comprises three key components: 1) a bio-inspired neural network (BINN) designed to predict an optimal collision-free path for a multi-USV system, which operates based on hexagonal partitioning grids, ensuring smooth navigation without collisions; 2) an adjustment component plays a crucial role in correcting deviations caused by ocean currents and calculating the associated energy consumption; and 3) an optimal task assignment component responsible for assigning task objectives to the USVs, where distance determined by the BINN and the energy consumption are involved as motion planning costs. This article presents simulation results that compare the performance of the proposed algorithm with an existing algorithm based on square grids, which does not account for the elimination of ocean current effects. These results illustrate the practical effectiveness of the proposed method.
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