水下機(jī)器人路徑規(guī)劃

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1、歡迎各位老師和同學(xué)參加我的碩士論文答辯會(huì)！學(xué)生：韓志學(xué)導(dǎo)師：張銘鈞教授專業(yè)：機(jī)械電子工程海流作用下水下機(jī)器人區(qū)域探測(cè)規(guī)劃方法水下機(jī)器人也稱作潛水器(UnderwaterVehicle)。世界上第一臺(tái)載人潛水器ArgonauttheFirst是由西蒙·萊克于1890年制造的。20世紀(jì)60年代到70年代中期是載人潛水器發(fā)展的鼎盛時(shí)期，其技術(shù)發(fā)展逐步成熟。在使用過程中人們發(fā)現(xiàn)并利用載人潛水器的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)也暴露了其缺點(diǎn)和局限性。隨著遙控技術(shù)與機(jī)械手技術(shù)的發(fā)展，人們開始進(jìn)行無人潛水器的研究。1960年美國研制成功了世界上第一臺(tái)系纜遙控式潛水器(RemotelyOperatedVehi

2、cles，ROV)-“CURV1”，它與載人潛水器配合，在西班牙外海找到了一顆失落在海底的氫彈，由此引起轟動(dòng)。但是，系纜式ROV的作業(yè)空間受到限制，系纜又經(jīng)常與海底建筑、沉船、巖石等其它設(shè)施發(fā)生纏繞，不能在結(jié)構(gòu)內(nèi)部作業(yè)，同時(shí)，它要求母船具有良好的船位保持能力，這些缺點(diǎn)限制了它的應(yīng)用。因此，在20世紀(jì)60年代，軍事與工業(yè)部門開始注重?zé)o人無纜式潛水器(AutonomousUnderwaterVehicle，AUV)的研究。與載人潛水器相比較，AUV具有安全、重量輕、尺寸小、造價(jià)低等優(yōu)點(diǎn)。與ROV相比，AUV具有活動(dòng)范圍大、潛水深度深、可進(jìn)入復(fù)雜結(jié)構(gòu)中、不需要龐大水面支持等優(yōu)點(diǎn)。

3、AUV代表了未來潛水器的發(fā)展方向，是當(dāng)今世界各國研究的熱點(diǎn)。水下機(jī)器人國內(nèi)外發(fā)展及研究現(xiàn)狀目前，許多國家的大學(xué)和研究機(jī)構(gòu)都投入了大量的人力和物力用于AUV系統(tǒng)的研究和開發(fā)。在該領(lǐng)域，美國技術(shù)力量比較雄厚，其中有代表性的AUV系統(tǒng)有美國海軍研究生院研制的“Phoenix”、辛罕布什爾大學(xué)海洋系統(tǒng)工程實(shí)驗(yàn)室研制的“EAVEEAST”、麻省理工學(xué)院研制的“OdysseyⅡ”、佛羅里達(dá)大西洋大學(xué)與美國與美國派瑞技術(shù)有限股份公司研制的“OceanVoyagerⅡ”等。日本在AUV的研究也處于領(lǐng)先地位，東京大學(xué)的URA實(shí)驗(yàn)室開發(fā)了許多不同功能的AUV，如“TwinBurger”、“PT

4、EROA150”等。圖1為美國海軍研制的AUV-AUSS。圖1美國的AUSS圖2“CR-01”6000米自治水下機(jī)器人我國無人遙控潛水器及自主式水下機(jī)器人從六十年代中期就開始進(jìn)行了一些探索性研究，“七五”在863智能機(jī)器人主題下將水下機(jī)器人的開發(fā)研制列入國家重點(diǎn)攻關(guān)項(xiàng)目，“八五”期間智能水下機(jī)器人技術(shù)得到了迅速發(fā)展。經(jīng)過我國工程技術(shù)人員長期努力，先后研制了“海人一號(hào)”、“海人二號(hào)”水下試驗(yàn)床等。1995年8月，作為我國“八六三高科技發(fā)展戰(zhàn)略”成果的“探索者一號(hào)”6000米無纜自治式水下機(jī)器人在太平洋的深海功能試驗(yàn)成功。此后，經(jīng)過一年半的改造，命名為CR-01（圖2），又于1

5、997年5月再一次在太平洋圓滿完成各項(xiàng)海底調(diào)查任務(wù)。這標(biāo)志著我國在AUV研究方面已進(jìn)入世界先進(jìn)水平。Coordinatedvs.RandomSearch(withYangangZhang,MarkSchervish,StatisticsDept,CarnegieMellon)CoordinatedGuaranteesEfficientStronglocalizationrequirementsMoresensorsRandomNoguaranteesInefficientNolocalizationrequirementsLowercomputerbudget課題研究的目的

6、與意義區(qū)域探測(cè)是自主式水下機(jī)器人的主要應(yīng)用之一。水下機(jī)器人區(qū)域探測(cè)是指在水下機(jī)器人對(duì)環(huán)境信息未知的情況下，根據(jù)給予的指令和探測(cè)到的信息，無遺漏的完成給定區(qū)域內(nèi)所有目標(biāo)的搜索、定位及識(shí)別。以往的水下機(jī)器人區(qū)域探測(cè)規(guī)劃中一般不考慮海流的影響，這使得控制器在完成規(guī)劃器輸出軌跡及艏向?qū)崿F(xiàn)上難以達(dá)到理想效果，且造成較大的附加能量消耗。由于工作環(huán)境的復(fù)雜性和不確定性，在水下機(jī)器人運(yùn)動(dòng)及作業(yè)過程中，海流對(duì)軌跡、航向控制等均有很大影響，單純從控制方面改善和提高水下機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制性能難以達(dá)到理想效果。本課題來源于總裝備部跨部門預(yù)研項(xiàng)目“智能水下機(jī)器人”的研究課題，主要研究海流作用下的水下機(jī)

7、器人區(qū)域探測(cè)規(guī)劃方法，使水下機(jī)器人以盡可能短的時(shí)間和能量消耗來完成給定區(qū)域的探測(cè)任務(wù)，具有適復(fù)雜海洋環(huán)境的智能規(guī)劃能力。論文主要研究?jī)?nèi)容海流作用下邊探測(cè)邊識(shí)別區(qū)域探測(cè)規(guī)劃方法設(shè)計(jì)海流作用下先探測(cè)后識(shí)別區(qū)域探測(cè)規(guī)劃方法設(shè)計(jì)基于滾動(dòng)窗口的探測(cè)區(qū)域內(nèi)總體探測(cè)算法基于關(guān)鍵點(diǎn)的探測(cè)窗口內(nèi)目標(biāo)接近與識(shí)別基于模糊控制的兩點(diǎn)間局部路徑規(guī)劃基于TSP最短路徑問題的全局路徑規(guī)劃作業(yè)環(huán)境與聲吶配置作業(yè)環(huán)境作業(yè)任務(wù)要求探測(cè)范圍為2000×500m，探測(cè)環(huán)境未知，水下障礙物及目標(biāo)的類型、大小、形狀、分布未知，海流的大小、方向按要求設(shè)定。聲吶