自主式水下機(jī)器人的路徑規(guī)劃與路徑跟蹤方法.pdf

1、自主式水下機(jī)器人(AUV)作為重要的水下探測設(shè)備，對它的研究不僅有重要的經(jīng)濟(jì)意義，在軍事領(lǐng)域也有迫切需要。隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，人們對機(jī)器人性能的要求越來越高，機(jī)器人需要具備在運(yùn)動(dòng)過程中根據(jù)周圍環(huán)境的變化自主采取相應(yīng)措施的能力。對于智能水下機(jī)器人來講，路徑規(guī)劃與路徑跟蹤問題一直以來都是研究的熱點(diǎn)之一，它是指在有障礙物存在和其他限制的條件下水下機(jī)器人能夠自主尋找一條從起始位置到目標(biāo)位置的無碰最短路徑，并能夠?qū)崿F(xiàn)對該路徑的跟蹤控制。本文主要結(jié)

2、合“國家863項(xiàng)目”的研究需要，圍繞移動(dòng)機(jī)器人自主航行研究中的兩項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)－－路徑規(guī)劃與路徑跟蹤進(jìn)行了系統(tǒng)研究，為該項(xiàng)目的順利完成做出了貢獻(xiàn)。 本文首先介紹了AUV的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀、應(yīng)用前景、發(fā)展趨勢及本課題來源、研究意義等，接著研究了水下機(jī)器人的動(dòng)力學(xué)方程和運(yùn)動(dòng)學(xué)模型，理解水下機(jī)器人的動(dòng)力學(xué)模型對路徑規(guī)劃策略及跟蹤方法的制定也是必要的。然后討論了解決全局路徑規(guī)劃和局部路徑規(guī)劃的各種方法及特點(diǎn)，包括幾何法、人工勢場法、遺傳算法等

3、。本文主要討論了采用基于柵格類環(huán)境描述的快速步進(jìn)算法(FMM)進(jìn)行海洋環(huán)境下的路徑規(guī)劃，該方法為AUV在海洋環(huán)境中進(jìn)行全局路徑規(guī)劃提供了可行性方案，詳細(xì)討論了該路徑規(guī)劃算法的原理及其具體實(shí)現(xiàn)過程，并進(jìn)行了編程仿真。仿真結(jié)果表明：FMM路徑規(guī)劃算法具有執(zhí)行簡單、收斂速度快、效率高等特點(diǎn)，可滿足系統(tǒng)實(shí)時(shí)性的要求。在路徑規(guī)劃的基礎(chǔ)上，本文進(jìn)一步討論了AUV路徑跟蹤控制及其實(shí)現(xiàn)。根據(jù)AUV的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型及動(dòng)力學(xué)模型，利用基于PID控制器的AUV軌