面向地形勘察使命的AUV群體協(xié)同使命控制方法研究.pdf

1、自主水下航行器(AUV)可替代人類深入海洋，完成危險作業(yè)，且以其成本低、智能化程度高等優(yōu)勢，已經(jīng)越來越多地應用于海洋勘探、資源開發(fā)以及軍事應用等領(lǐng)域。特別是通過多個AUV的相互配合，實現(xiàn)群體協(xié)同作業(yè)，大大提高了作業(yè)效率。本文以執(zhí)行海底地形勘察使命為背景，針對多AUV群體協(xié)同使命控制技術(shù)，開展了多AUV群體協(xié)同體系結(jié)構(gòu)設計、AUV使命控制系統(tǒng)建模、使命控制方法與仿真平臺構(gòu)建等方面的研究。
　　 協(xié)同體系結(jié)構(gòu)是多AUV群體協(xié)同使命控

2、制的基礎。本文基于經(jīng)典多機器人系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)分析，設計了一種集中式多AUV體系結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)由一個主控AUV和若干作業(yè)AUV組成。設計出了各個單元的功能模塊以及模塊間的信息流，建立了多AUV系統(tǒng)模型。
　　 采用進程描述主控AUV和作業(yè)AUV，從邏輯上對群體中的各個AUV單元進行劃分。設計多AUV群體協(xié)同地形勘察使命的劃分方式，主控AUV將勘察使命分解為可供作業(yè)AUV執(zhí)行的任務，并將其分配給各個作業(yè)AUV；作業(yè)AUV進一步將所分配到

3、的任務劃分為順序執(zhí)行的子任務，并對任務執(zhí)行過程中出現(xiàn)的事件進行響應。采用線程機制設計了子任務執(zhí)行和事件響應模塊，設計了利用線程描述的子任務與事件處理過程的實現(xiàn)方法
　　 建立了使命控制系統(tǒng)的Petri網(wǎng)模型，基于此模型設計了適用于AUV群體完成地形勘察的使命控制方法，采用基于優(yōu)先級的搶占式多線程調(diào)度方式，實現(xiàn)了作業(yè)AUV的子任務能夠有序執(zhí)行，以及對作業(yè)AUV各項內(nèi)部和外部事件的快速正確響應。設計了基于仲裁規(guī)則的多AUV群體協(xié)同使

4、命重規(guī)劃方法，當某一作業(yè)AUV出現(xiàn)故障無法完成自身任務時，主控AUV將根據(jù)情況派遣能夠正常工作的作業(yè)AUV完成協(xié)同任務。
　　 基于Linux系統(tǒng)的C語言和Qt Creator開發(fā)平臺構(gòu)建了多AUV群體協(xié)同使命控制仿真平臺，通過人機交互設置地形勘察使命和多AUV初始作業(yè)信息，實現(xiàn)了AUV群體協(xié)同系統(tǒng)及其使命控制方法的仿真驗證。結(jié)果表明：基于多進程和多線程機制所構(gòu)建的多AUV群體協(xié)同體系結(jié)構(gòu)通過子任務調(diào)度滿足了使命作業(yè)的需求，且出