Path Planning for an Autonomous Underwater Vehicle.pdf

1、在近10年中,各種科研組織和研究人員對在軍事、海洋探測等方面具有非凡潛力的水下環(huán)境研究表現(xiàn)出了極大興趣,其目光已經(jīng)從最初的近海探測發(fā)展到了現(xiàn)在的1000米以下深海資源開發(fā)。無人遙控潛器(ROV)作為水下環(huán)境最初的研究載體一直被人們所使用并且得到了長足的發(fā)展,并且近幾年自主式水下機(jī)器人(AUV)的出現(xiàn)更加豐富了人們的探測手段。然而,復(fù)雜的水下環(huán)境以及人們對海洋資源越來越大的研究興趣對這些水下機(jī)器人的自主航行能力提出了更高的要求,其中如何使

2、AUV具備自主路徑規(guī)劃能力從而避開障礙物順利運行則是如何提高其自主航行能力所面臨的首要問題之一。
　　 本文集中討論AUV路徑規(guī)劃任務(wù)問題,即探討如何使AUV能夠從當(dāng)前任意位置順利地穿越復(fù)雜環(huán)境而達(dá)到指定目標(biāo)位置。選擇這條路徑的目的是使AUV能夠以最佳的操縱能力并且利用最短、最安全和最少消耗的航程繞過所有障礙物而到達(dá)指定位置,簡而言之就是選擇一條使機(jī)器人擁有最少耗時和最佳效率的最優(yōu)路徑。雖然近幾年許多解決路徑規(guī)劃問題的方法已經(jīng)提

3、出,可是它們都具有這樣或者那樣的 限制,使AUV路徑規(guī)劃問題始終沒有一個完善的解決方案。
　　 本文主要針對AUV的平面路徑規(guī)劃問題。首先,為更加快捷地提取環(huán)境變化特征,我們將障礙物簡化為一個個平面上的多邊形;接著利用融合了A*搜尋算法的可視圖方法將AUV的工作空間轉(zhuǎn)換為行位空間以便產(chǎn)生一條最短的優(yōu)化路徑,使用這種組合方法的優(yōu)點是它提供了一個相對快捷和有效的途徑來選擇避開障礙物的安全路徑。但是,由此產(chǎn)生的機(jī)器人最短途徑中其連續(xù)位

4、置參數(shù)是參差不齊的,為減少這種位置跳變,本文設(shè)計了一種針對AUV的運動軌跡平滑器(利用數(shù)據(jù)擬合技術(shù)),并詳細(xì)列出了此平滑器的設(shè)計參數(shù)。最終,本文綜合以上設(shè)計步驟,提出了一種針對AUV的最優(yōu)路徑規(guī)劃方法。
　　 利用本文所提出的路徑規(guī)劃方法可使AUV有效達(dá)到自主航行的設(shè)計目標(biāo)。為評定本文路徑規(guī)劃方法的實際性能,本文利用MATLAB軟件建立多種仿真環(huán)境并進(jìn)行了仿真實驗。在仿真實驗中,本文將水下機(jī)器人簡化為一個多邊形,而仿真實驗結(jié)果也