深海水下機(jī)器人實(shí)時(shí)避碰方法研究.pdf

1、隨著人們對(duì)海洋的開發(fā)日益深入，現(xiàn)階段人們對(duì)深海自主水下機(jī)器人（Autonomous Underwater Vehicle，AUV）的使用提出了更高的要求，希望AUV能夠完成例如海底地形跟蹤，海底礦產(chǎn)資源勘探拍照，定高航行等任務(wù)，這些任務(wù)對(duì)AUV提出了更高的要求，一般要求AUV距離海底高度不大于5m，航速小于兩節(jié)，另外由于海底地形的未知性和復(fù)雜性，我們不能提前對(duì)AUV進(jìn)行路徑規(guī)劃，這就要求AUV必須進(jìn)行實(shí)時(shí)避碰，目前國(guó)內(nèi)外使用的大多數(shù)AU

2、V都是針對(duì)特定的任務(wù)進(jìn)行設(shè)計(jì)的，針對(duì)海底定高航行和海底地形跟蹤方面等擁有良好實(shí)時(shí)避碰功能的AUV相對(duì)還比較少，深海海底地形也像陸地地形一樣復(fù)雜多變，而深海水下機(jī)器人感知環(huán)境的手段又非常有限，高度計(jì)和深度計(jì)都存在較多的背景噪聲和較大的測(cè)量誤差，此外由于深海水下機(jī)器人攜帶的測(cè)距聲納和前視聲納探測(cè)距離都非常有限，通常為100米左右，再考慮每個(gè)聲納的探測(cè)角度限制，這也就意味著深海水下能夠感知環(huán)境的信息是不完全，且非常有限的。如何選擇合適的濾波算

3、法準(zhǔn)確估計(jì)地形坡度及設(shè)計(jì)魯棒性更好的實(shí)時(shí)避碰方法就深海水下機(jī)器人實(shí)時(shí)避碰的難點(diǎn)。
　　本文的主要研究?jī)?nèi)容及研究結(jié)論概述如下：
　　1）針對(duì)高度計(jì)和深度計(jì)都存在較多的背景噪聲和較大的測(cè)量誤差，本文提出了基于擴(kuò)展卡爾曼濾波與最小二乘法的海底地形坡度估計(jì)，并對(duì)算法進(jìn)行了仿真驗(yàn)證。
　　2）針對(duì) AUV在進(jìn)行海底地形跟蹤、定高航行等任務(wù)，本文提出了基于滑?？刂频腁UV垂直面運(yùn)動(dòng)控制，并建立了AUV運(yùn)動(dòng)學(xué)動(dòng)力學(xué)模型，最后對(duì)算法進(jìn)

4、行了仿真驗(yàn)證。
　　3）在深海水下機(jī)器人傳感器探測(cè)感知環(huán)境的能力較為有限的情況下，本文提出了基于近域圖導(dǎo)航的AUV實(shí)時(shí)避碰方法，并通過半物理仿真平臺(tái)對(duì)算法進(jìn)行了驗(yàn)證。
　　4）對(duì)所提出的深海水下機(jī)器人實(shí)時(shí)避碰方法進(jìn)行了半物理仿真驗(yàn)證和湖試試驗(yàn)驗(yàn)證。
　　自主水下機(jī)器人實(shí)時(shí)避碰是一項(xiàng)極具挑戰(zhàn)性的研究課題，本文只是針對(duì)一類欠驅(qū)動(dòng)AUV、基于擴(kuò)展卡爾曼濾波、滑?？刂坪徒驁D導(dǎo)航設(shè)計(jì)了一種實(shí)時(shí)避碰系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法，并用仿真和試驗(yàn)