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我的硕士论文答辩会!
学生:韩志学
导师:张铭钧教授
专业:机械电子工程
海流作用下水下机器人
区域探测规划方法
水下机器人也称作潜水器(Underwater Vehicle)。世界上第一台载人潜水器Argonaut the First是由西蒙·莱克于1890年制造的。20世纪60年代到70年代中期是载人潜水器发展的鼎盛时期,其技术发展逐步成熟。在使用过程中人们发现并利用载人潜水器的优点,同时也暴露了其缺点和局限性。随着遥控技术与机械手技术的发展,人们开始进行无人潜水器的研究。1960年美国研制成功了世界上第一台系缆遥控式潜水器(Remotely Operated Vehicles,ROV)- “CURV1”,它与载人潜水器配合,在西班牙外海找到了一颗失落在海底的氢弹,由此引起轰动。但是,系缆式ROV的作业空间受到限制,系缆又经常与海底建筑、沉船、岩石等其它设施发生缠绕,不能在结构内部作业,同时,它要求母船具有良好的船位保持能力,这些缺点限制了它的应用。因此,在20世纪60年代,军事与工业部门开始注重无人无缆式潜水器(Autonomous Underwater Vehicle,AUV)的研究。
与载人潜水器相比较,AUV具有安全、重量轻、尺寸小、造价低等优点。与ROV相比,AUV具有活动范围大、潜水深度深、可进入复杂结构中、不需要庞大水面支持等优点。AUV代表了未来潜水器的发展方向,是当今世界各国研究的热点。
水下机器人国内外发展及研究现状
目前,许多国家的大学和研究机构都投入了大量的人力和物力用于AUV系统的研究和开发。在该领域,美国技术力量比较雄厚,其中有代表性的AUV系统有美国海军研究生院研制的“Phoenix”、辛罕布什尔大学海洋系统工程实验室研制的“EAVE EAST”、麻省理工学院研制的“OdysseyⅡ”、佛罗里达大西洋大学与美国与美国派瑞技术有限股份公司研制的“Ocean VoyagerⅡ”等。日本在AUV的研究也处于领先地位,东京大学的URA实验室开发了许多不同功能的AUV,如“Twin Burger”、“PTEROA150”等。图1为美国海军研制的AUV-AUSS。
图 1 美国的AUSS
图 2 “CR-01”6000米自治水下机器人
我国无人遥控潜水器及自主式水下机器人从六十年代中期就开始进行了一些探索性研究,“七五”在863智能机器人主题下将水下机器人的开发研制列入国家重点攻关项目,“八五”期间智能水下机器人技术得到了迅速发展。经过我国工程技术人员长期努力,先后研制了“海人一号”、“海人二号”水下试验床等。1995年8月,作为我国“八六三高科技发展战略”成果的“探索者一号”6000米无缆自治式水下机器人在太平洋的深海功能试验成功。此后,经过一年半的改造,命名为CR-01(图2),又于1997年5月再一次在太平洋圆满完成各项海底调查任务。这标志着我国在AUV研究方面已进入世界先进水平。
Coordinated vs. Random Search (with Yangang Zhang, Mark Schervish, Statistics Dept, Carnegie Mellon)
Coordinated
Guarantees
Efficient
Strong localization requirements
More sensors
Random
No guarantees
Inefficient
No localization requirements
puter budget
课题研究的目的与意义
区域探测是自主式水下机器人的主要应用之一。水下机器人区域探测是指在水下机器人对环境信息未知的情况下,根据给予的指令和探测到的信息,无遗漏的完成给定区域内所有目标的搜索、定位及识别。
以往的水下机器人区域探测规划中一般不考虑海流的影响,这使得控制器在完成规划器输出轨迹及艏向实现上难以达到理想效果,且造成较大的附加能量消耗。
由于工作环境的复杂性和不确定性,在水下机器人运动及作业过程中,海流对轨迹、航向控制等均有很大影响,单纯从控制方面改善和提高水下机器人的运动控制性能难以达到理想效果。
本课题来源于总装备部跨部门预研项目“智能水下机器人”的研究课题,主要研究海流作用下的水下机器人区域探测规划方法,使水下机器人以尽可能短的时间和能量消耗来完成给定区域的探测任务,具有适复杂海洋环境的智能规划能力。
论文主要研究内容
海流作用下边探测边识别区域探测规划方法设计
海流作用下先探测后识别区域探测规划方法设计
基于滚动窗口的探测区域内总体探测算法
基于关键点的探测窗口内目标接近与识别
基于模糊控制的两点间局部路径规划
基于TSP最短路径问题的全局