自主式水下機(jī)器人路徑規(guī)劃研究.pdf

1、隨著人類社會(huì)的發(fā)展,人們對(duì)能源的需求也越來(lái)越大,但是陸地上的油氣資源越來(lái)越少,于是人們將目光投向了廣闊的海洋,在海底蘊(yùn)含著大量的油氣資源以及可燃冰等能源。但是海洋環(huán)境比陸地環(huán)境要復(fù)雜百倍,人類對(duì)海洋的認(rèn)識(shí)還很有限,在這種情況下,水下智能機(jī)器人的應(yīng)用就被各國(guó)的研究人員推到了世界海洋海底環(huán)境探測(cè)的舞臺(tái)上。智能水下機(jī)器人可以通過(guò)攜帶溫度傳感器、鹽度傳感器、聲納等探測(cè)儀器對(duì)海洋環(huán)境數(shù)據(jù)和海底地形數(shù)據(jù)進(jìn)行采集,以便提供給有關(guān)研究人員對(duì)海底資源進(jìn)行

2、勘探、海上鉆井、鋪設(shè)海底管道以及對(duì)海底管道進(jìn)行維護(hù)和修理。其中,無(wú)纜的自主式水下機(jī)器人因?yàn)榫哂懈h(yuǎn)更深的探測(cè)范圍,因此它被廣泛應(yīng)用在對(duì)海底地形地貌的探測(cè)中,這種機(jī)器人一般采用蓄電池供電,一次充電后只能夠運(yùn)行有限的時(shí)間,為此怎樣使其在攜帶能量不變的情況下,能夠保證對(duì)海底地形有效地覆蓋搜索掃描的同時(shí)更加節(jié)省能量以便完成更多任務(wù)的問(wèn)題成為人們研究的熱點(diǎn)。
　　本文針對(duì)如何在路徑規(guī)劃中實(shí)現(xiàn)節(jié)能主要展開(kāi)了以下三方面研究工作:
　　首先

3、,論文參照現(xiàn)有的AUV尺寸建立了一個(gè)長(zhǎng)度為4m,直徑為1m的回轉(zhuǎn)體模型,并利用Gambit軟件建模和網(wǎng)格劃分,在Fluent軟件中計(jì)算直航縱向總阻力值,并對(duì)計(jì)算結(jié)果做出了分析,得出了兩種節(jié)能途徑:一種是考慮到AUV速度越大阻力越大的實(shí)際情況,提出了設(shè)定節(jié)能航速的方式,來(lái)滿足一定時(shí)間要求下,減少消耗在推進(jìn)方面的能量;第二種途徑則是本文的重點(diǎn),通過(guò)對(duì)AUV路徑的規(guī)劃實(shí)現(xiàn)能夠維持一定地形覆蓋率的前提下使AUV航程縮短和轉(zhuǎn)向次數(shù)減少,此即節(jié)能路

4、徑規(guī)劃。
　　其次,論文針對(duì)節(jié)能路徑規(guī)劃,對(duì)一定海底區(qū)域?qū)崿F(xiàn)全覆蓋掃描的要求下,針對(duì)傳統(tǒng)鋸齒形搜索方式下遺漏區(qū)域定義了隱性大海灣及其進(jìn)入點(diǎn)、出口點(diǎn)和門戶的概念,在傳統(tǒng)的鋸齒形搜索方式下對(duì)路徑規(guī)劃進(jìn)行了改進(jìn),實(shí)現(xiàn)了一定區(qū)域內(nèi)航程的縮短和轉(zhuǎn)向次數(shù)的減少。
　　最后,假定了某一海底區(qū)域海流流速和流向分布,借鑒全局規(guī)劃中的柵格法思想對(duì)海流和AUV航跡進(jìn)行了網(wǎng)格劃分,并從直航耗能、轉(zhuǎn)向耗能和電器設(shè)備耗能三個(gè)方面對(duì)改進(jìn)后路徑規(guī)劃方式和傳