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热液探测水下机器人的路径规划及仿真

作　者: 高霓
导　师: 徐玉如
学　校: 哈尔滨工程大学
专　业: 船舶与海洋结构物设计制造
关键词: 智能水下机器人热液搜索基于行为规划视景仿真
分类号: TP242
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 45次
引　用: 1次
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内容摘要

海底热液是地壳活动活跃区,岩浆沿着地壳缝隙运到海底,冷却后形成多种矿产。研究海底热液不但可以勘测矿产资源,增加我国后备资源储量,还可以研究地壳活动规律。利用智能水下机器人进行热液探测和追踪是一种合理而有效的手段。蛾类具有追踪气味至源头的能力。在湍流的环境中这种能力是有价值的,因为在中高雷诺数的条件下,热液羽化物的中心线是伸展并扭曲的,并且分布不连续。路径规划是智能水下机器人最重要的任务之一,本文设计的水下机器人的路径模拟蛾类在湍流环境中追踪气味的能力,利用仿生学原理设计的路径可以使其在不同深度上进行热液的搜索,直至找到热液喷口。在搜索层之间水下机器人采用螺旋线方式下潜,本文利用螺旋线的参数方程设计了下潜路径。视景仿真(Visual Simulation)是虚拟现实技术的重要表现形式,它是使用户产生身临其境的交互式仿真环境,实现了用户与该环境直接进行自然交互。论文在学习视景仿真开发软件Multigen Creator和Vega的基础上，针对实际需要,建立了相应的仿真模型。利用海洋模块实现了动态海洋的模拟,使用仪表模块的简单物体绘制了水下机器人的运动路径。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-10
第1章绪论  10-23
  1.1 引言  10-11
  1.2 无人潜水器的分类与主要用途  11-12
  1.3 国内外研究现状和发展趋势  12-15
    1.3.1 国外研究现状  12-14
    1.3.2 国内研究现状  14-15
  1.4 智能水下机器人的应用前景及发展趋势  15-17
    1.4.1 应用前景  15-16
    1.4.2 发展趋势  16-17
  1.5 AUV路径规划方法及视景仿真综述  17-20
    1.5.1 AUV路径规划方法综述  17-19
    1.5.2 视景仿真综述  19-20
  1.6 海底热液探测的意义  20-21
  1.7 本文研究内容  21-23
第2章热液探测水下机器人的路径规划方法  23-33
  2.1 引言  23
  2.2 海底热液活动特点  23-25
  2.3 热液搜索方法概述  25-28
    2.3.1 常规的分层搜索方法  25-27
    2.3.2 利用浓度或温度梯度的搜索方法  27-28
  2.4 利用仿生学的热液搜索方法  28-32
    2.4.1 仿生学原理  28-29
    2.4.2 海流逆向搜索规划算法  29-30
    2.4.3 工作过程  30-31
    2.4.4 算法的说明  31-32
  2.5 本章小结  32-33
第3章热液探测机器人的路径规划  33-48
  3.1 引言  33
  3.2 路径规划问题的实现  33-35
    3.2.1 位姿空间  33-34
    3.2.2 环境建模  34-35
  3.3 热液探测水下机器人的路径规划  35-40
    3.3.1 坐标系的选取及机器人运动参数  35-36
    3.3.2 环境空间表达  36-38
    3.3.3 算法设计  38-40
  3.4 分层之间的路径规划  40-41
  3.5 仿真结果  41-47
  3.6 本章小结  47-48
第4章热液羽化物的追踪  48-55
  4.1 引言  48
  4.2 基于行为的路径规划  48-51
  4.3 水下机器人搜索热液的行为  51-53
    4.3.1 运动至起始点  51
    4.3.2 寻找热液  51
    4.3.3 追踪热液  51-53
    4.3.4 失去热液  53
    4.3.5 再次寻找热液  53
    4.3.6 找到热液区域  53
  4.4 本章小结  53-55
第5章视景仿真实验环境建立  55-70
  5.1 引言  55
  5.2 实时仿真建模软件Multigen Creator  55-58
    5.2.1 Multigen Creator简介  55-56
    5.2.2 地形模型  56-57
    5.2.3 实体模型  57-58
  5.3 实时仿真开发软件Vega  58-64
    5.3.1 Vega概述  58-59
    5.3.2 水下机器人视景仿真的实现  59-62
    5.3.3 Vega应用程序的基本框架  62-64
  5.4 路径规划的结果  64-69
  5.5 本章小结  69-70
结论  70-72
参考文献  72-75
攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果  75-76
致谢  76

热液探测水下机器人的路径规划及仿真

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