自主式水下機器人路徑規(guī)劃研究.pdf

1、隨著人類社會的發(fā)展,人們對能源的需求也越來越大,但是陸地上的油氣資源越來越少,于是人們將目光投向了廣闊的海洋,在海底蘊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)境要復雜百倍,人類對海洋的認識還很有限,在這種情況下,水下智能機器人的應用就被各國的研究人員推到了世界海洋海底環(huán)境探測的舞臺上。智能水下機器人可以通過攜帶溫度傳感器、鹽度傳感器、聲納等探測儀器對海洋環(huán)境數(shù)據(jù)和海底地形數(shù)據(jù)進行采集,以便提供給有關(guān)研究人員對海底資源進行

2、勘探、海上鉆井、鋪設海底管道以及對海底管道進行維護和修理。其中,無纜的自主式水下機器人因為具有更遠更深的探測范圍,因此它被廣泛應用在對海底地形地貌的探測中,這種機器人一般采用蓄電池供電,一次充電后只能夠運行有限的時間,為此怎樣使其在攜帶能量不變的情況下,能夠保證對海底地形有效地覆蓋搜索掃描的同時更加節(jié)省能量以便完成更多任務的問題成為人們研究的熱點。
　　本文針對如何在路徑規(guī)劃中實現(xiàn)節(jié)能主要展開了以下三方面研究工作:
　　首先

3、,論文參照現(xiàn)有的AUV尺寸建立了一個長度為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軟件中計算直航縱向總阻力值,并對計算結(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際情況,提出了設定節(jié)能航速的方式,來滿足一定時間要求下,減少消耗在推進方面的能量;第二種途徑則是本文的重點,通過對AUV路徑的規(guī)劃實現(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,論文針對節(jié)能路徑規(guī)劃,對一定海底區(qū)域?qū)崿F(xiàn)全覆蓋掃描的要求下,針對傳統(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入點、出口點和門戶的概念,在傳統(tǒng)的鋸齒形搜索方式下對路徑規(guī)劃進行了改進,實現(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海流和AUV航跡進行了網(wǎng)格劃分,并從直航耗能、轉(zhuǎn)向耗能和電器設備耗能三個方面對改進后路徑規(guī)劃方式和傳