水下機(jī)器人系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)及避障控制技術(shù)研究.pdf

1、近年來(lái),隨著海洋研究和開發(fā)的不斷深入以及國(guó)防發(fā)展的需要,水下機(jī)器人所擔(dān)負(fù)的任務(wù)也更加多樣化,對(duì)水下機(jī)器人的智能化也提出了更高的要求。水下機(jī)器人作為具有人工智能的系統(tǒng),要能夠自主適應(yīng)外界環(huán)境的變化,并自主決策完成操作人員下達(dá)的任務(wù)。水下機(jī)器人系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)是水下機(jī)器人研究中非常基礎(chǔ)和關(guān)鍵的部分,在水下機(jī)器人技術(shù)中有著重要的現(xiàn)實(shí)意義和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。論文研究的目的是建立具有良好通用性的水下機(jī)器人系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu),該體系結(jié)構(gòu)適應(yīng)于完成不同任務(wù)的水下機(jī)

2、器人。
　　 論文以本實(shí)驗(yàn)室開發(fā)的某型智能水下機(jī)器人為研究對(duì)象,對(duì)水下機(jī)器人系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)及動(dòng)態(tài)障礙物感知、避障規(guī)劃與控制,路徑規(guī)劃及運(yùn)動(dòng)控制等相關(guān)技術(shù)進(jìn)行了研究。
　　 提出了模塊化的設(shè)計(jì)水下機(jī)器人混合系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu),明確了各個(gè)模塊的功能以及模塊間的相互關(guān)系。采用singer運(yùn)動(dòng)模型的Sage-Husa自適應(yīng)卡爾曼濾波算法的動(dòng)態(tài)障礙物感知方法,在滿足感知精度和實(shí)時(shí)性的同時(shí),而不會(huì)給水下機(jī)器人系統(tǒng)帶來(lái)過大的資源消耗。在水下機(jī)

3、器人動(dòng)態(tài)避障行為規(guī)劃方法研究中,提出了在速度矢量坐標(biāo)下求解期望速度的避障規(guī)劃方法。通過綜合水下機(jī)器人運(yùn)動(dòng)能力、自身的速度、艏向、動(dòng)態(tài)障礙物的速度、航向以及碰撞時(shí)間等多種因素,求解出實(shí)現(xiàn)避障的期望速度解集,從而按照最小艏向原則確定期望速度,使水下機(jī)器人能夠?qū)?dòng)態(tài)障礙物快速安全避障。對(duì)于避障行為的控制,提出了模糊參數(shù)自適應(yīng)有限時(shí)間PD控制,該控制器能夠根據(jù)避障的緊迫程度動(dòng)態(tài)調(diào)整系統(tǒng)響應(yīng)速度,并加入了協(xié)調(diào)器,減小了艏向和縱向控制的耦合效應(yīng),該

4、控制器通過與避障行為規(guī)劃緊密結(jié)合,構(gòu)成避障規(guī)劃控制一體化設(shè)計(jì)。對(duì)于復(fù)雜海洋環(huán)境全局路徑規(guī)劃問題,著重研究粒子群算法在復(fù)雜海流環(huán)境下的全局路徑規(guī)劃應(yīng)用中粒子群維度、編碼設(shè)計(jì)、參數(shù)選擇、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法。對(duì)于密集障礙物海流環(huán)境全局路徑規(guī)劃問題,提出了采用主干線二叉樹搜索算法與粒子群相結(jié)合的方法,從而在實(shí)現(xiàn)了全局路徑基礎(chǔ)上,降低了路程花費(fèi)。對(duì)于水下機(jī)器人的巡航行為控制,設(shè)計(jì)了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)并行自學(xué)習(xí)控制器,并成功的進(jìn)行了海上試驗(yàn)。