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多水下机器人编队协调问题研究

作　者: 徐宏根
导　师: 张铭钧
学　校: 哈尔滨工程大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 水下机器人环境建模多水下机器人系统编队控制
分类号: TP242
类　型: 硕士论文
年　份: 2005年
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引　用: 5次
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内容摘要

海洋,对于人类的发展和社会进步将起到至关重要的作用。自主式水下机器人(AUV)系统是未来海洋探测和开发,以及完成各种水下智能作业任务的重要工具。作为水下机器人技术的一个重要发展方向,多水下机器人协调技术已开始成为当前研究的热点。研究多水下机器人之间的协调与合作对提高水下机器人行为的智能化程度及加快水下机器人的实用化进程具有重要的理论研究意义和实用价值。本文主要针对教育部博士点专项科研基金和省政府博士后科研启动基金“水下机器人多目标运动协调与控制关键技术”项目中的多机器人编队协调部分进行了一些研究工作。首先研究了多机器人协调的环境建模与路径规划问题。在分析和总结以往机器人环境建模方法的基础上,本文基于栅格法对动态水下环境进行建模,并提出用D*算法搜索出机器人在动态环境下的无碰路径,完成机器人的路径规划。其次设计了多水下机器人的混合控制体系结构。在多水下机器人编队问题上,本文提出了一种基于分解策略的多机器人编队控制方法,将复杂的多机器人编队问题分解为若干组两个机器人之间的协调问题。建立了多机器人编队的基本队形模型,提出了基于主从方式的多机器人控制策略,并根据基于行为的方法设计了机器人的各子行为,给出了机器人的速度调节方案。最后将以上的方法拓展到复杂的多机器人编队中。计算机仿真结果验证了本文所提方法的有效性和可行性。

全文目录

第1章绪论  12-23
  1．1 概述  12-13
  1．2 多水下机器人的发展现状和研究动态  13-15
  1．3 多机器人技术介绍  15-20
    1．3．1 多机器人技术的发展状况及研究现状  15-16
    1．3．2 多机器人技术主要研究的问题  16-19
    1．3．3 多机器人技术的优越性  19-20
  1．4 多机器人编队行为  20-21
  1．5 课题来源与研究意义  21-22
  1．6 课题的主要工作及论文安排  22-23
第2章多机器人系统的环境建模及路径规划  23-41
  2．1 引言  23
  2．2 常用的环境建模方法  23-28
    2．2．1 栅格法  24-25
    2．2．2 环航障碍法  25-26
    2．2．3 多路径点链接图法  26-27
    2．2．4 拓扑建模法  27-28
  2．3 多机器人路径规划方法  28-34
    2．3．1 经典的机器人路径规划方法  28-31
      2．3．1．1 网格法  28-29
      2．3．1．2 可视顶点图(VGRAPH)法  29-30
      2．3．1．3 势场法  30-31
      2．3．1．4 位姿空间法  31
    2．3．2 集中规划法  31-32
    2．3．3 分散规划法  32-34
  2．4 本文具体问题的环境模型和路径规划方法  34-40
    2．4．1 多水下机器人的环境模型  34-35
    2．4．2 最短路径算法  35-40
      2．4．2．1 Dijkstra算法求最短路径  35-36
      2．4．2．2 A*算法:启发式(heuristic)算法  36-38
      2．4．2．3 动态环境的最短路径算法D*  38-40
  2．5 本章小结  40-41
第3章多水下机器人系统的控制体系结构  41-52
  3．1 引言  41
  3．2 智能机器人控制结构  41-46
    3．2．1 分层递阶式体系结构  43-44
    3．2．2 功能分布型体系结构  44-45
    3．2．3 包容式体系结构  45-46
  3．3 智能水下机器人混合控制模型  46-49
  3．4 多水下机器人系统控制体系结构  49-51
  3．5 本章小结  51-52
第4章基于分解策略的多机器人编队控制方法  52-70
  4．1 引言  52
  4．2 多机器人队形控制方法  52-57
    4．2．1 跟随领航者法  53
    4．2．2 基于行为法  53-55
    4．2．3 虚拟结构法  55
    4．2．4 强化学习法  55-56
    4．2．5 其它方法  56
    4．2．6 本文的队形控制方法  56-57
  4．3 多机器人编队的队形模型及行为分解  57-59
    4．3．1 多机器人队形分解  57-58
    4．3．2 基本队形模型  58
    4．3．3 行为分解  58-59
  4．4 子行为描述  59-64
    4．4．1 向目标点前进行为  59-60
    4．4．2 避障行为  60-62
    4．4．3 保持队形行为  62
    4．4．4 行为综合  62-63
    4．4．5 异常情况处理行为  63-64
  4．5 速度调节  64
  4．6 队形拓展  64-65
  4．7 仿真  65-68
  4．8 本章小节  68-70
第5章多机器人编队协调的仿真系统  70-77
  5．1 引言  70
  5．2 仿真系统的需求  70-72
  5．3 传感器仿真简介  72-73
  5．4 多机器人仿真系统  73-76
    5．4．1 仿真系统总体结构  73-74
    5．4．2 障碍检测模块  74
    5．4．3 通讯模块  74-75
    5．4．4 环境模型模块和路径规划模块  75-76
    5．4．5 协调运动规划模块  76
  5．5 仿真系统介绍  76
  5．6 本章小结  76-77
结论  77-79
参考文献  79-87
攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果  87-88
致谢  88

多水下机器人编队协调问题研究

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