基于ROS的無人水面艇運動控制系統(tǒng)的設(shè)計.pdf

1、無人水面艇是指運用遙控系統(tǒng)或依靠自主方式在水面航行的無人化、智能化作戰(zhàn)平臺，具有智能、高速、隱身等優(yōu)點，被越來越多的應(yīng)用于軍事和民用領(lǐng)域。為了更好地完善海上作戰(zhàn)體系，無人水面艇在某些危險領(lǐng)域正逐步成為有人平臺的替代和補充。無人水面艇具有很高的自主性和巨大的市場潛力，而且特別適合作為執(zhí)行軍事任務(wù)、救援設(shè)施、信息收集的平臺。本文在綜合當前無人水面艇所用關(guān)鍵技術(shù)的基礎(chǔ)上，開展了無人水面艇運動控制系統(tǒng)設(shè)計工作。
　　首先，在無人水面艇功能

2、架構(gòu)的基礎(chǔ)上對無人水面艇總體方案進行設(shè)計，接著進行了控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計，其硬件包括執(zhí)行單元(主要是噴水泵、柴油機)、導(dǎo)航定位單元（主要依靠GPS、慣性導(dǎo)航、數(shù)字羅盤、多普勒計速儀等模塊來實現(xiàn)）、主控單元（基于PC104工業(yè)計算機總線標準架構(gòu)）、信息采集單元（主要指CMOS攝像頭、各傳感器）等。
　　其次，在無人水面艇PMI2主板上安裝了基于Linux的Ubuntu平臺，其上層軟件架構(gòu)采用ROS操作系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有分布式工作的特點。

3、通過ROS提供的消息傳遞機制完成軟件模塊的集成，并對遠程運動控制平臺的軟件部分進行了總體設(shè)計。成功實現(xiàn)了基于無線網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)發(fā)送與接收、無人艇航行狀態(tài)的實時監(jiān)控、遠程控制、提供導(dǎo)航信息等功能。
　　最后，針對本文所研究的無人水面艇模型從運動學(xué)和動力學(xué)兩個方面分析了無人水面艇的力學(xué)特性，并整理出運動方程。由于無人水面艇運動時慣性很大，可以將數(shù)學(xué)模型進行簡化，使用Nomoto模型作為無人水面艇航向控制器的數(shù)學(xué)模型；由于本文使用噴水推進裝