自主式水下機器人的路徑規(guī)劃與路徑跟蹤方法.pdf

1、自主式水下機器人(AUV)作為重要的水下探測設(shè)備，對它的研究不僅有重要的經(jīng)濟意義，在軍事領(lǐng)域也有迫切需要。隨著經(jīng)濟的不斷發(fā)展，人們對機器人性能的要求越來越高，機器人需要具備在運動過程中根據(jù)周圍環(huán)境的變化自主采取相應(yīng)措施的能力。對于智能水下機器人來講，路徑規(guī)劃與路徑跟蹤問題一直以來都是研究的熱點之一，它是指在有障礙物存在和其他限制的條件下水下機器人能夠自主尋找一條從起始位置到目標位置的無碰最短路徑，并能夠?qū)崿F(xiàn)對該路徑的跟蹤控制。本文主要結(jié)

2、合“國家863項目”的研究需要，圍繞移動機器人自主航行研究中的兩項關(guān)鍵技術(shù)－－路徑規(guī)劃與路徑跟蹤進行了系統(tǒng)研究，為該項目的順利完成做出了貢獻。 本文首先介紹了AUV的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀、應(yīng)用前景、發(fā)展趨勢及本課題來源、研究意義等，接著研究了水下機器人的動力學(xué)方程和運動學(xué)模型，理解水下機器人的動力學(xué)模型對路徑規(guī)劃策略及跟蹤方法的制定也是必要的。然后討論了解決全局路徑規(guī)劃和局部路徑規(guī)劃的各種方法及特點，包括幾何法、人工勢場法、遺傳算法等

3、。本文主要討論了采用基于柵格類環(huán)境描述的快速步進算法(FMM)進行海洋環(huán)境下的路徑規(guī)劃，該方法為AUV在海洋環(huán)境中進行全局路徑規(guī)劃提供了可行性方案，詳細討論了該路徑規(guī)劃算法的原理及其具體實現(xiàn)過程，并進行了編程仿真。仿真結(jié)果表明：FMM路徑規(guī)劃算法具有執(zhí)行簡單、收斂速度快、效率高等特點，可滿足系統(tǒng)實時性的要求。在路徑規(guī)劃的基礎(chǔ)上，本文進一步討論了AUV路徑跟蹤控制及其實現(xiàn)。根據(jù)AUV的運動學(xué)模型及動力學(xué)模型，利用基于PID控制器的AUV軌