智能水下機(jī)器人路徑規(guī)劃方法研究與改進(jìn)

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1、哈爾濱工程大學(xué)碩士學(xué)位論文智能水下機(jī)器人路徑規(guī)劃方法研究與改進(jìn)姓名：劉畔申請(qǐng)學(xué)位級(jí)別：碩士專業(yè)：流體力學(xué)指導(dǎo)教師：龐永杰2012-03基于地理位置的WSNs路由算法研究與改進(jìn)摘要進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，在陸地資源日益匱乏的背景下，許多國(guó)家加快了邁向海洋的步伐，人類越發(fā)重視對(duì)海洋資源的研究、開發(fā)和利用，各個(gè)海洋技術(shù)大國(guó)掀起了水下設(shè)備研制開發(fā)的熱潮并把智能水下機(jī)器人作為熱點(diǎn)研究領(lǐng)域。智能水下機(jī)器人技術(shù)作為機(jī)器人學(xué)領(lǐng)域里的一個(gè)重要分支，有十分廣闊的使用前景和應(yīng)用價(jià)值。近幾年，AUV的研發(fā)水平發(fā)展迅速，已經(jīng)應(yīng)用于海洋科考、商業(yè)領(lǐng)域和軍事

2、領(lǐng)域，并且起到越來(lái)越重要的作用。為了應(yīng)對(duì)復(fù)雜多變的海洋環(huán)境，智能水下機(jī)器人必須具有安全性和自主性。自主性體現(xiàn)在AUV和水下環(huán)境交互的能力，而實(shí)時(shí)控制與自主運(yùn)動(dòng)規(guī)劃是交互能力的重要方面之一。確保AUV安全性和自主性的核心技術(shù)是智能控制技術(shù)，包括自主規(guī)劃、控制與狀態(tài)監(jiān)控。機(jī)器人技術(shù)是一項(xiàng)多門科學(xué)互相交融的高新技術(shù)，為了提升智能水下機(jī)器人的智能水平和推進(jìn)其投入實(shí)際應(yīng)用的進(jìn)程，需要對(duì)AUV的自主規(guī)劃、信息融合、人工智能、自主監(jiān)控技術(shù)進(jìn)行深入有效地研究。首先，本文分析了國(guó)內(nèi)和國(guó)外智能水下移動(dòng)機(jī)器人的研究現(xiàn)狀和發(fā)展前景，并且對(duì)移動(dòng)機(jī)器

3、人的路徑規(guī)劃研究現(xiàn)狀進(jìn)行了介紹，梳理了路徑規(guī)劃的各種方法，分析了不同路徑規(guī)劃方法的優(yōu)缺點(diǎn)，為深入研究路徑規(guī)劃并應(yīng)用其解決實(shí)際問(wèn)題作了準(zhǔn)備。然后，分析討論了各種典型搜索算法的特點(diǎn)，提出了一種基于禁忌搜索的全局路徑規(guī)劃方法。在構(gòu)建的路徑任務(wù)重要性分層模型的解空間結(jié)構(gòu)內(nèi)，通過(guò)啟發(fā)式策略，采用多重禁忌列表的方式避免重復(fù)搜索過(guò)程，在有效的資源條件下獲取一條更加滿意的規(guī)劃路徑。該方法規(guī)則多樣，適應(yīng)性強(qiáng)，能滿足不同搜索規(guī)則的要求，能高效率的完成水下機(jī)器人的全局路徑規(guī)劃。最后，在詳細(xì)分析人工勢(shì)場(chǎng)法特性的基礎(chǔ)上，討論了引力函數(shù)和斥力函數(shù)可能

4、導(dǎo)致的路徑規(guī)劃缺陷，提出了一種改進(jìn)的方法。該方法將水下機(jī)器人聲納采集信息用于路徑發(fā)現(xiàn)和障礙物碰撞避免，采用全新的環(huán)境信。皂、描述和目標(biāo)信息描述方法，通過(guò)動(dòng)態(tài)調(diào)整引力函數(shù)和斥力函數(shù)的舉措，及時(shí)調(diào)整水下機(jī)器人的行駛方向，成功解決了傳統(tǒng)方法存在的目標(biāo)不可達(dá)和局部最優(yōu)問(wèn)題，提升了機(jī)器人的躲避障礙物能力，并對(duì)傳統(tǒng)人工勢(shì)場(chǎng)法發(fā)現(xiàn)路徑的性能進(jìn)行了完善。關(guān)鍵詞：智能水下機(jī)器人；路徑規(guī)劃；禁忌搜索；人工勢(shì)場(chǎng)法AbstractSincethe21stcentury．intilecontextot、theincreasingseal’cnyot

5、lalldresotllTces,moreandmoreattentionshavebeenpaidtothestudy,ot、real’ineresources．developmentandutilization．Autonomousunderwatervehiclejsdevelopmentisoutstanding，andautonomousunderwatervehicle(AUV)hasbecomeahotresearchfield．AtJVtechnologylsoneoftheimportantbranche

6、sofrobotics．whichhasbroadapplicationpt‘ospccts·In1‘cccrnvears．thedevelopmentoftheAUVresearchistitahighspeed．AUVhasbeenappliedt‘’marineresearch．commercialareasandmilitary[ields，whichisplayinganilloreandmoreimportantrole．Inordertorespondtothecomplicatedmarineenviron

7、ment．tile烈JVmusthavethecharacteristicsofsecurityandatltononlv，．Autonomyreflectstheability,ofinteⅢt剛betweenAUVandtheunderwaterenvironnlent．’I、hereal—timecontrolallClatltOnOlTl01．1Splanningplayimportantrolesininteraction．ThekeytechnologytoenstlreAUVs5ec㈣tyandautonom

8、yistheintelligentcontroltechnology’，includingatltononlotlsplaraing^cont川andstatusnlonitoring．Thel‘obottechnologyjismorethanOllehigh—lechscience州1blendil