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水下机器人任务规划方法研究

作　者: 薛红香
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: 智能水下机器人(AUV) 任务规划有限状态机基于层次任务网行为协调
分类号: TP242
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 149次
引　用: 2次
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内容摘要

水下机器人能在复杂的、不确定的环境下完成特定的任务,必须规划出一个有效的任务序列,这对完成任务是必不可缺的。机器人任务规划是一个重要环节,在一定程度上标志着机器人的智能水平,也是提高机器人智能水平的关键技术。本文中以智能水下机器人为研究背景,对大范围海洋环境下机器人的任务规划技术进行了系统深入的研究:首先明确了水下机器人的任务规划定义:AUV根据预先下达的使命文本,结合海区海图、水文信息、特殊障碍物信息、目标信息以及自身状态,进行任务分解,生成下一层控制所需的特定任务序列。水下机器人的良好体系结构是系统高效和合理工作的基础,决定着系统的整体行为和整体性能,而任务规划系统是这个机构的一部分。设计一个适合AUV工作环境特点和任务要求的分层体系体系结构是十分重要的。在AUV任务规划方面,分别采用了基于层次任务网的规划方法和基于有限状态机规划方法。其中,基于层次任务网的规划方法是通过分解任务和解决冲突来进行的。基于有限状态机的方法对机器人的状态进行了划分,将作业中的各种状态及其变化响应映射到系统中,从而实时地进行任务规划。AUV的任务执行时,是通过任务规划层来协调低层行为的执行,或是采用行为竞争的机制,或是采用行为融合的方法。行为协调机制的研究对提高AUV的任务规划能力及智能水平都有重要意义。本文设计了两种行为协调的方法:固定优先级仲裁方法及基于激活度行为融合方法。最后,在OpenGL和Visual C++6.0结合环境中,给出了相应的仿真结果验证了方案的可行性。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-9
第1章绪论  9-16
  1.1 引言  9-10
  1.2 概念定义  10-13
  1.3 研究目的和意义  13-14
  1.4 本文研究内容  14-16
第2章 AUV体系结构研究  16-28
  2.1 目前几种规划系统介绍  16-21
    2.1.1 传统的规划系统  16-18
    2.1.2 反应式规划系统  18-19
    2.1.3 混合式规划系统  19-21
  2.2 面向任务的体系结构设计  21-27
    2.2.1 规划系统的设计准则  21-22
    2.2.2 AUV的体系结构模型  22-24
    2.2.3 体系结构的软件功能模块介绍  24-26
    2.2.4 任务规划层的基本结构  26-27
  2.3 本章小结  27-28
第3章 AUV任务规划研究  28-48
  3.1 任务陈述  29
  3.2 基于HTN规划的AUV任务规划  29-38
    3.2.1 基于HTN规划的概述  30-31
    3.2.2 基于HTN规划的形式定义及规划过程  31-33
    3.2.3 基于HTN规划方法的一个实例  33-34
    3.2.4 基于HTN规划方法的改进及实现  34-38
  3.3 基于有限状态机的AUV任务规划  38-47
    3.3.1 有限状态机简介  39-40
    3.3.2 基于有限状态机的任务规划方法  40-43
    3.3.3 基于有限状态机的AUV任务规划方法的改进  43-47
  3.4 本章小结  47-48
第4章 AUV的行为协调控制研究  48-70
  4.1 AUV的基本行为集介绍  49-50
  4.2 AUV的行为协调方法研究  50-51
  4.3 AUV基于固定优先级仲裁方法的实现  51-58
    4.3.1 行为优先级的分配  52-54
    4.3.2 行为仲裁时间的确定  54-55
    4.3.3 固定优先级仲裁方法的具体实现  55-58
  4.4 AUV基于激活度的行为融合方法介绍  58-62
  4.5 两种方法的实验仿真结果  62-69
    4.5.1 到达目标点行为的实现  63
    4.5.2 避障行为的实现  63-67
    4.5.3 两种方法的实验仿真比较  67-69
  4.6 本章小结  69-70
第5章实验仿真及结果分析  70-83
  5.1 仿真环境的构建  70-71
  5.2 仿真实现及结果分析  71-81
    5.2.1 三维视景环境建模  71-72
    5.2.2 AUV运动情况仿真  72-77
    5.2.3 AUV的多个行为仲裁机制的仿真  77-81
  5.3 本章小结  81-83
结论  83-85
参考文献  85-89
攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果  89-90
致谢  90

水下机器人任务规划方法研究

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