Pattern formation of multi-AUV systems with the optical sensor based on displacement-based formation control

Wang Xiaomin; Zerr Benoit; Thomas Helene; Clement Benoit; Xie Zexiao

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Pattern formation of multi-AUV systems with the optical sensor based on displacement-based formation control

机译：基于位移的形成控制的光学传感器的多AUV系统模式形成

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Associated with multi-autonomous underwater vehicle (AUV) systems, the optical sensors with short working range can be reconsidered, which can provide more detailed and more comprehensive descriptions of the seabed than acoustical sensors and can assist in communications among neighbouring AUVs. The typical achievable tasks for these multi-AUV systems equipped with optical sensors mainly include to study the seabed sediments, search small objects at the seabed, collect colourful biological samples, and monitor the underwater infrastructures, etc. The purpose of this research is to develop a new coordination strategy to make a fleet of AUVs build a geometrical pattern suitable for optical sensing at the seabed. This new coordination strategy includes two parts: designing a predefined pattern (a planar pyramid pattern) and proposing an associated formation control method (an improved asynchronous discrete consensus algorithm with a time-variant digraph via the displacement-based control, inspired from the fish schooling problem) to update the trajectories of AUVs in real-time and reach this pattern from a disorder distribution. Before it is tested at sea with six AUVs, the performance of this new coordination method is verified in the simulation environments constructed in Blender and Matlab respectively. The simulation results show the good convergence of this new coordination method.

机译：与多自治水下车辆（AUV）系统相关联，可以重新考虑具有短工作范围的光学传感器，其可以提供比声学传感器更详细和更全面的海底描述，并且可以帮助相邻AUV之间的通信。这些配备光学传感器的这些多AUV系统的典型可实现任务主要包括研究海底沉积物，在海底搜索小物体，收集多彩的生物样本，并监控水下基础设施等。该研究的目的是发展一种新的协调策略，使AUV的队伍建立了适用于海底光学传感的几何图案。这种新的协调策略包括两个部分：设计预定义模式（平面金字塔图案）并提出通过基于位移的控制的相关形成控制方法（通过基于位移的控制，从鱼类教育的启发了一种改进的异步离散共识算法问题）为了实时更新AUV的轨迹并从紊乱分布到达这种模式。在具有六个AUV的海上测试之前，分别在搅拌机和MATLAB构建的模拟环境中验证了这种新协调方法的性能。仿真结果表明了这种新协调方法的良好收敛性。

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来源
《International journal of systems science》 |2020年第4期|348-367|共20页
作者
Wang Xiaomin; Zerr Benoit; Thomas Helene; Clement Benoit; Xie Zexiao;
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作者单位

Shandong Univ Sci & Technol Coll Elect Engn & Automat Qingdao Peoples R China|Ecole Natl Super Tech Avancees ENSTA Bretagne Brest France|CNRS UMR 6285 Lab STICC Brest France;

Ecole Natl Super Tech Avancees ENSTA Bretagne Brest France|CNRS UMR 6285 Lab STICC Brest France;

Ecole Natl Super Tech Avancees ENSTA Bretagne Brest France;

Ecole Natl Super Tech Avancees ENSTA Bretagne Brest France|CNRS UMR 6285 Lab STICC Brest France;

Ocean Univ China Coll Engn Qingdao Peoples R China;

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原文格式 PDF
正文语种 eng
中图分类
关键词
Multi-AUV system; underwater image processing; visual servoing; underwater optical communication; pattern formation; formation control; asynchronous discrete consensus algorithm; Markov process;

机译：多AUV系统;水下图像处理;视觉伺服;水下光学通信;图案形成;形成控制;异步离散共识算法;马尔可夫过程;

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