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弱通信条件下的多水下机器人任务分配方法研究

作　者: 于大海
导　师: 张汝波
学　校: 哈尔滨工程大学
专　业: 计算机应用技术
关键词: 多水下机器人 资源福利 弱通信 任务分配
分类号: TP242
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要


弱通信条件下多AUV任务分配问题是研究多AUV系统众多方向中的一个非常具有挑战性的方向。由于水下通信的不稳定性，导致一般的任务分配算法在多AUV系统上并不能取得良好的应用效果。这主要是因为大多数任务分配算法都是基于可靠通信环境下进行开发和研究，并没有考虑通信的不稳定性。本文首先提出了基于可变时延的任务分配框架，该框架中包含任务分配不同阶段可变时延的变化及通信中断时水下机器人所采取任务策略。然后，对影响可变时延的因素进行了分析，建立了可变时延模型，并对可变时延的变化做了精确的预测。通过实验给出了预测值与实际值之间的误差，验证了预测算法的有效性。与此同时还介绍了自主决策机制及实现方案。随后，本文研究了基于资源福利的任务分配算法，结合上文所给出的时延预测值完成任务分配，并与当前最流行的市场机制法在任务完成率、任务平均资源消耗等方面进行了对比实验，并对实验结果进行了分析。最后，本文对机器人联盟求解及任务执行队列优化问题给出了算法设计。机器人联盟是任务分配算法必须考虑的一个问题，机器人联盟选择的好坏直接影响着资源的消耗及任务完成率。而对任务执行队列优化则会缩短完成全部任务的时间，提高系统收益。

全文目录


摘要  5-6
ABSTRACT  6-9
第1章 绪论  9-16
  1.1 课题研究的背景和意义  9-10
  1.2 多水下机器人技术的国内外研究现状  10-12
    1.2.1 国外比较有代表性的多水下机器人研究项目  10-11
    1.2.2 国内比较有代表性的多水下机器人研究项目  11-12
  1.3 多 AUV 任务分配研究现状  12-14
    1.3.1 任务分配研究现状  12-14
    1.3.2 多机器人系统任务分配现存问题  14
  1.4 论文的研究内容与论文结构  14-16
第2章 基于可变时延的多 AUV 任务分配框架设计  16-24
  2.1 多 AUV 系统的特性分析  16-17
    2.1.1 多 AUV 系统的通信方式  16-17
    2.1.2 协作与协调  17
  2.2 多 AUV 系统体系结构  17-19
  2.3 基于可变时延的任务分配结构  19-21
    2.3.1 拍卖算法简介  19
    2.3.2 可变时延与固定时延的对比分析  19-20
    2.3.3 基于拍卖算法与可变时延的任务分配框架  20-21
  2.4 水声通信延迟及中断的解决  21-23
  2.5 本章小结  23-24
第3章 可变时延的预测与分析  24-36
  3.1 AUV 间平均通信时延的预测  24-28
    3.1.1 曲线拟合  24-25
    3.1.2 基于最小二乘法的 AUV 间平均通信时延预测  25-27
    3.1.3 实验结果与分析  27-28
  3.2 任务分配中可变时延的确定  28-34
    3.2.1 可变时延构成要素分析  28-29
    3.2.2 可变时延建模  29-30
    3.2.3 可变时延对任务分配的影响分析  30-34
  3.3 通信中断时机器人自主决策规则  34-35
  3.4 本章小结  35-36
第4章 基于资源福利的任务分配算法  36-48
  4.1 引言  36-37
  4.2 相关工作  37-38
  4.3 基于社会福利的拍卖算法  38-44
    4.3.1 名词定义  38-39
    4.3.2 基于资源福利的任务分配算法描述  39-43
    4.3.3 任务分配的评价指标  43-44
  4.4 实验结果与分析  44-47
  4.5 本章小结  47-48
第5章 机器人联盟求解及任务执行队列优化  48-65
  5.1 基于资源福利的机器人联盟求解  48-53
    5.1.1 机器人联盟求解问题描述  48
    5.1.2 基于蚁群算法机器人联盟求解  48-53
  5.2 机器人任务执行队列排序优化  53-56
    5.2.1 任务执行队列优化问题分析  53-54
    5.2.2 基于蚁群算法的任务执行队列优化  54-56
  5.3 仿真实验  56-64
  5.4 本章小结  64-65
结论  65-66
参考文献  66-71
致谢  71

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 机器人技术 > 机器人
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