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三维环境中水下机器人实时运动规划方法研究

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第1章绪论

1.1引言

1.2水下机器人的研究现状及发展趋势

1.2.1 AUV的国内外研究现状

1.2.2 AUV发展趋势

1.3 AUV路径规划及研究现状

1.3.1全局路径规划研究综述

1.3.2局部路径规划研究综述

1.4课题研究意义

1.5本文主要工作

第2章三维视景仿真平台的建立及声纳的仿真

2.1引言

2.2仿真平台建立的意义

2.3三维视景仿真平台的建立

2.3.1地形的绘制

2.3.2仿真界面中视点的设置

2.3.3水下机器人运动轨迹的绘制

2.4声纳的仿真

2.4.1水下机器人声纳的特性及配置

2.4.2声纳的仿真

2.4.3坐标变换

2.5本章小结

第3章水下机器人模糊控制器的设计

3.1引言

3.2模糊理论及模糊控制简介

3.3多变量模糊控制器的结构设计

3.3.1多变量模糊控制器的结构解耦

3.3.2多输入-单输出(MISO)模糊控制器

3.3.3多变量模糊控制器结构

3.4水下机器人模糊控制器的设计

3.4.1水下机器人模糊控制器的结构

3.4.2输入变量的模糊化

3.4.3模糊推理

3.4.4输出变量的反模糊化

3.5本章小结

第4章行为选择策略

4.1引言

4.2影响行为选择策略的几个因素

4.2.1水下机器人运动中安全性的分析

4.2.2水下机器人运动中回航快速性分析

4.2.3水下机器人运动中行为有效性分析

4.2.4水下机器人运动中进入凹形区域分析

4.3行为选择策略的流程

4.3.1行为选择策略

4.3.2行为选择策略流程图

4.4本章小结

第5章仿真实验及分析

5.1引言

5.2仿真实验及分析

5.2.1障碍物为圆柱体

5.2.2障碍物为球体

5.2.3障碍物为长方体

5.2.4障碍物为凹形体

5.3本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢

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摘要

本文结合预研项目,在分析了水下机器人作业环境的特速性及其所安装声纳的特点后,提出了基于模糊控制输出的行为选择策略,仿真实验表明该策略使得水下机器人实时运动规划的有效性进一步提高。 为了验证本文所提方法的有效性,本文首先说明了三维视景仿真平台的建立过程。在三维视景仿真平台中对视点参数的设置了进行了说明,通过不同的视点可以实时的以各种角度来观察水下机器人的运动情况。在该平台中对声纳的仿真也进行了说明,水下机器人通过声纳实时探测周围的环境,并根据声纳返回的信息来决定水下机器人的下一步动作。 针对三维未知环境及声纳返回信息量少的问题,设计了基于模糊控制理论的水下机器人实时运动规划系统,该系统不需要建立环境模型并且计算量不大,能解决复杂环境下的水下机器人实时运动规划问题。 在三维未知环境下,当水下机器人探测到障碍物后,可以选择转艏避障或升沉避障这两种行为中的一种,为了提高水下机器人整个避障过程中的快速性和智能性,提出了行为选择策略。该策略充分利用声纳每一节拍返回的实时探测到的环境信息,在模糊控制器的两个输出变量中,通过行为选择策略选出效率较高的一个作为水下机器人下一节拍的控制量,并且该策略对水下机器人进入凹形区域后的避障方法进行了分析。行为选择策略还充分考虑了水下机器人回航的快速性和安全性问题。 最后在三维视景仿真平台上进行仿真实验,通过仿真实验验证了本文所提方法的有效性和可行性。

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