低能耗、大航程的水下机器人一直为各国的研究热点,在这种需求驱动下,新概念水下机器人——水下滑翔机应运而生。水下滑翔机利用净浮力驱动,具有续航强、成本低、噪声小等优点,适合长周期、大航程的水下任务。路径规划问题是水下滑翔机研究领域的难点问题之一,存在许多悬而未决的问题。本文利用水下滑翔机航行轨迹的特殊性,将水下滑翔机的三维路径规划问题简化为二维纵剖面上的避障问题与二维水平面上的全局路径规划问题,旨在根据水下滑翔机的特点,结合改进的优化算法,解决一些简单情形下水下滑翔机在海洋环境中的避障及全局路径规划问题,希望可以为水下滑翔机的路径规划研究提供一定借鉴意义。具体研究内容包含以下几方面:(1)基于能耗最优的水下滑翔机路径参数优化问题。首先,分析了定常运动时水下滑翔机的受力情况,完善并系统地建立其能耗模型。然后,基于单周期、固定水平滑翔距离两种情形研究了能耗与滑翔参数的变化关系,并简单探讨了最优解计算问题。(2)单个运动周期下躲避水中障碍物的路径规划问题。首先,对传统的人工势场法进行了改进,以克服常见的局部极值与目标不可达问题,并引入速度势场函数,将静态势场转变为动态势场。然后,考虑水下滑翔机的运动约束,引入定常流,分别在静态环境和动态环境下做了仿真试验。仿真结果表明,所用方法能使水下滑翔机在有海流或无海流作用下成功避开水中静态与动态障碍物。(3)多个运动周期组成的全局路径规划问题。首先,从电子海图提取所需的环境信息,采用栅格法进行环境建模。然后,采用流函数法生成海流场,并建立栅格数据结构存储海流信息。最后,以能耗、路径长度、路径安全性为优化目标构造路径评价函数,采用GA-PSO混合算法对水下滑翔机进行全局路径规划。仿真结果表明:所用方法可以在海流作用下,根据不同的优化目标规划出相应的最优路径,与单一算法相比,所用的混合算法收敛速度更快。