自主式水下機器人上層決策系統(tǒng)的研究與實現(xiàn).pdf

1、自主式水下機器人(AUV,Autonomous Underwater Vehicle)的上層決策系統(tǒng)是AUV研究的關鍵技術,在一定程度上決定了AUV的智能化水平。本文旨在探討一種可靠高效的AUV上層決策系統(tǒng),使AUV在復雜的水底環(huán)境下實現(xiàn)自主導航。
　　 上層決策系統(tǒng)的核心是路徑規(guī)劃與決策控制:路徑規(guī)劃是在一定的環(huán)境模型中規(guī)劃出一條從起始狀態(tài)到目標狀態(tài)的最優(yōu)或近似最優(yōu)無碰路徑,決策控制依據(jù)規(guī)劃好的路徑對AUV做出運動決策,并且能

2、夠處理環(huán)境模型中的不確定因素和路徑跟蹤中出現(xiàn)的誤差。本文著重研究了上層決策系統(tǒng)設計中的這兩個關鍵問題,主要研究工作如下:
　　 首先對全局路徑規(guī)劃進行了研究,采用了一種基于快速步進算法(FFM,FastMarching Method)的全局路徑規(guī)劃方法,針對AUV在大范圍靜態(tài)環(huán)境完全未知或部分己知的情況下,應用動態(tài)劃分全局工作環(huán)境,以多次局部優(yōu)化代替一次全局優(yōu)化的路徑規(guī)劃方法。其次,探討了一種基于行為的反應式結(jié)構(gòu)決策控制系統(tǒng),把

3、AUV基本行為封裝成理性行為和感性行兩大模塊。在決策控制系統(tǒng)的避障行為模塊中,引入改進人工勢場法進行二次局部路徑規(guī)劃,以使AUV在動態(tài)環(huán)境下能更好地進行實時避障,彌補了單純路徑規(guī)劃不能應付動態(tài)環(huán)境的缺點。最后,設計了AUV上層決策系統(tǒng),此決策系統(tǒng)集成了基于FM算法的路徑規(guī)劃方法與基于行為的反應式?jīng)Q策控制系統(tǒng)的優(yōu)點,并且采用模塊化思想,把決策系統(tǒng)分成任務管理模塊、路徑規(guī)劃模塊、決策控制模塊、定位與地圖構(gòu)建模塊(SLAM)等模塊,其特點是易