水下機器人運動控制與路徑規(guī)劃研究.pdf

1、我國江河湖海水域眾多、資源豐富，是最具有發(fā)展?jié)摿Φ膽?zhàn)略空間，我國政府已把海洋開發(fā)作為21世紀的國民經(jīng)濟與社會發(fā)展戰(zhàn)略重點之一。由于水下環(huán)境的復雜性和不確定性，水下機器人被研究用于代替人類潛入水中完成某些操作。對水下機器人進行運動控制和局部的路徑規(guī)劃，是使機器人在未知環(huán)境中通過手動或自動的控制，能夠行駛到設定的目標位置完成水下觀測任務的關(guān)鍵技術(shù)。
　　本文研究對象為水底觀測型有纜ROV，其外形設計為封閉式，且具有水動力性能優(yōu)良的流線

2、型外形，通過尾部螺旋槳提供水下機器人的推進動力，1對水平翼和1個垂直舵控制水下機器人的運動方向。
　　本文首先參照魚雷的數(shù)學建模思想，建立了水下機器人的空間運動學模型，并根據(jù)實際工作需求和控制特點進行簡化，得出深度、艏向角和縱傾角等控制參數(shù)的控制模型。在此基礎上，分別建立定深、定向和定縱傾角3個獨立的運動控制系統(tǒng)模型，并采用經(jīng)典PID控制算法完成了水下機器人的運動控制仿真，為后續(xù)控制器的設計提供了理論依據(jù)。同時根據(jù)仿真過程中加入擾

3、動信號后體現(xiàn)出的系統(tǒng)抗干擾能力較薄弱的特點，提出采用模糊自適應PID控制算法對控制系統(tǒng)進行優(yōu)化，最后通過仿真驗證了該算法的有效性。
　　其次，本文討論了基于模糊算法的水下機器人局部路徑規(guī)劃，詳細介紹了該路徑規(guī)劃算法的原理及具體實現(xiàn)過程。提出根據(jù)障礙物的不同特征對應采用不同的模糊控制規(guī)則庫，優(yōu)化機器人避障系統(tǒng)。通過Matlab仿真環(huán)境，模擬測距聲吶對環(huán)境進行探測，得到一定范圍內(nèi)的障礙物與目標信息，經(jīng)模糊控制器實時調(diào)整水下機器人的運動

4、偏轉(zhuǎn)角度，有效地避開障礙物，實現(xiàn)機器人準確到達預定目標點的目的，驗證了該算法的可行性。
　　最后，本文為實現(xiàn)水下機器人的實際工程運用，建立了水下機器人的運動控制平臺。詳細介紹了水面以及水下的軟、硬件系統(tǒng)，編譯了以PLC作為水下控制系統(tǒng)處理器的模塊程序，實現(xiàn)了接收各類傳感器信息以及控制水下運動的任務。并以Visual C＃作為上位機開發(fā)工具設置監(jiān)控界面并編寫通信程序，實現(xiàn)人機交互控制。
　　本文通過計算機和Matlab仿真平臺