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1、 目 前 ， 許 多 國 家 的 大 學 和 研 究 機 構(gòu) 都 投 入 了 大 量 的 人 力 和 物 力 用 于 AUV系 統(tǒng) 的 研究 和 開 發(fā) 。 在 該 領 域 ， 美 國 技 術(shù) 力 量 比 較 雄 厚 ， 其 中 有 代 表 性 的 AUV系 統(tǒng) 有 美 國 海 軍研 究 生 院 研 制 的 “ Phoenix” 、 辛 罕 布 什 爾 大 學 海 洋 系 統(tǒng) 工 程 實 驗 室 研 制 的 “ EAVE EAST” 、 麻 省 理 工 學 院 研 制 的 “ Odyssey ” 、 佛 羅 里 達 大 西 洋 大 學 與 美 國 與 美 國 派瑞 技 術(shù) 有 限 股 份 公
2、司 研 制 的 “ Ocean Voyager ” 等 。 日 本 在 AUV的 研 究 也 處 于 領 先地 位 ， 東 京 大 學 的 URA實 驗 室 開 發(fā) 了 許 多 不 同 功 能 的 AUV， 如 “ Twin Burger” 、“ PTEROA150” 等 。 圖 1為 美 國 海 軍 研 制 的 AUV-AUSS。 圖 1 美 國 的 AUSS 圖 2 “ CR-01” 6000米 自 治 水 下 機 器人 我 國 無 人 遙 控 潛 水 器 及 自 主 式 水 下 機 器 人 從 六 十 年 代 中 期 就 開 始 進 行 了 一 些探 索 性 研 究 ， “ 七 五 ”
3、在 863智 能 機 器 人 主 題 下 將 水 下 機 器 人 的 開 發(fā) 研 制 列 入 國 家重 點 攻 關(guān) 項 目 ， “ 八 五 ” 期 間 智 能 水 下 機 器 人 技 術(shù) 得 到 了 迅 速 發(fā) 展 。 經(jīng) 過 我 國 工程 技 術(shù) 人 員 長 期 努 力 ， 先 后 研 制 了 “ 海 人 一 號 ” 、 “ 海 人 二 號 ” 水 下 試 驗 床 等 。1995年 8月 ， 作 為 我 國 “ 八 六 三 高 科 技 發(fā) 展 戰(zhàn) 略 ” 成 果 的 “ 探 索 者 一 號 ” 6000米 無纜 自 治 式 水 下 機 器 人 在 太 平 洋 的 深 海 功 能 試 驗 成
4、功 。 此 后 ， 經(jīng) 過 一 年 半 的 改 造 ，命 名 為 CR-01（ 圖 2） ， 又 于 1997年 5月 再 一 次 在 太 平 洋 圓 滿 完 成 各 項 海 底 調(diào) 查 任 務。 這 標 志 著 我 國 在 AUV研 究 方 面 已 進 入 世 界 先 進 水 平 。 CoordinatedGuaranteesEfficientStrong localization requirementsMore sensors 進行單元劃分根據(jù)海流方向 水下機器人開始探測 水下機器人繼 續(xù) 前 進發(fā)現(xiàn)有效目標 進行目標識別未 發(fā) 現(xiàn) 有 效 目 標 確定局部中斷點機器人運動到減速區(qū) 關(guān)鍵
5、點并成像確定并運動到第一個 不可識別 第三個關(guān)鍵點確定并運動到 返回局部中斷點 對目標進行標記可 識 別關(guān)鍵點并成像確定并運動到第二個圖 6 邊 探 測 邊 識 別 探 測 窗 口 內(nèi) 探 測 算 法 原 理 框 圖 水 下 機 器 人 探 測 窗 口 內(nèi) 關(guān) 鍵 點 之 間 的 運 動 及 機 器 人 偏 航 、 返 航 及 單 元 間 移 動 部分 均 屬 機 器 人 兩 點 間 路 徑 規(guī) 劃 問 題 ， 解 決 這 一 問 題 的 基 本 算 法 有 人 工 勢 場 法 、 確 定柵 格 法 、 模 糊 邏 輯 法 等 ， 人 工 勢 場 法 存 在 局 部 最 優(yōu) 解 問 題 ， 容
6、 易 產(chǎn) 生 死 鎖 現(xiàn) 象 ， 而確 定 柵 格 法 存 在 信 息 存 儲 量 大 、 運 算 時 間 長 的 缺 陷 ， 不 適 合 本 文 中 對 信 息 存 取 實 時性 要 求 。 模 糊 邏 輯 法 不 需 要 環(huán) 境 的 解 析 模 型 ， 并 具 有 良 好 的 實 時 性 及 對 誤 差 的 不 敏感 性 ， 可 以 避 開 傳 統(tǒng) 算 法 中 對 機 器 人 定 位 精 確 性 、 環(huán) 境 信 息 依 賴 性 的 缺 點 。 因 此 ，本 文 探 討 了 基 于 模 糊 邏 輯 的 兩 點 間 路 徑 規(guī) 劃 方 法 。 傳 統(tǒng) 的 水 下 機 器 人 模 糊 規(guī) 劃 器
7、 輸 入 量 只 有 單 純 的 距 離 信 息 ， 這 使 得 水 下 機 器人 在 可 選 擇 性 操 作 時 目 的 性 不 強 。 為 克 服 這 一 缺 陷 ， 本 文 將 水 下 機 器 人 與 當 前 目 標點 偏 離 的 航 向 角 也 作 為 模 糊 規(guī) 劃 器 的 輸 入 變 量 之 一 ， 并 在 隸 屬 度 函 數(shù) 確 定 上 ， 考 慮了 其 正 負 性 ， 使 水 下 機 器 人 始 終 遵 循 與 當 前 目 標 點 夾 角 為 零 的 趨 勢 運 動 ， 從 而 可 以使 得 水 下 機 器 人 運 動 行 程 盡 量 短 。 此 外 ， 本 文 的 算 法 中
8、 還 把 海 流 方 向 與 機 器 人 當 前 方 向 的 夾 角 也 作 為 模 糊 輸 入 量 之 一 ， 來 參 與 決 策 模 糊 規(guī) 劃 器 的 輸 出 ， 例 如 ， 當 水 下機 器 人 前 方 有 障 礙 時 ， 根 據(jù) 海 流 方 向 信 息 來 決 定 是 左 轉(zhuǎn) 還 是 右 轉(zhuǎn) ， 從 而 使 水 下 機 器人 模 糊 推 理 進 一 步 智 能 化 和 合 理 化 。 模糊化 反模糊化模 糊 推 理模 糊 規(guī) 則 水 下機 器 人環(huán) 境 信 息說 明 ： 1.水 下 機 器 人 通 過 外 部 傳 感 器 獲 得 環(huán) 境 信 息 ， 通 過 內(nèi) 部 傳 感 器 感 知
9、 水 下 機 器 人 的 當前 狀 態(tài) ， 兩 種 傳 感 器 的 信 息 作 為 模 糊 規(guī) 劃 器 的 輸 入 。 2.將 傳 感 器 得 到 的 精 確 量 處 理 成 模 糊 規(guī) 劃 器 能 接 受 的 模 糊 量 ， 根 據(jù) 模 糊 推 理 規(guī) 則 給出 模 糊 輸 出 量 ， 經(jīng) 反 模 糊 化 后 得 到 精 確 輸 出 量 。 3.上 述 過 程 不 斷 被 重 復 執(zhí) 行 ， 直 到 機 器 人 到 達 目 標 點 。 圖 7 水 下 機 器 人 模 糊 規(guī) 劃 器 目 標 方 向 信 息前 方 障 礙 物 信 息左 方 障 礙 物 信 息右 方 障 礙 物 信 息 模 糊
10、推 理 機 器 人 前 進 方 向海 流 方 向 信 息圖 8 水 下 機 器 人 模 糊 推 理 框 圖 進行單元劃分根據(jù)海流方向 水下機器人開始探測 繼續(xù)探測直到探測完畢發(fā)現(xiàn)有效目標 目標識別未 發(fā) 現(xiàn) 有 效 目 標較近目標 全局路徑規(guī)劃對未識別目標進行較 遠 目 標 圖 9 先 探 測 后 識 別 總 體 探 測 算 法 原 理 框 圖 計 算 各 目 標 之 間 的 當 量 行 程調(diào) 用 TSP最 短 路 徑 計 算 程 序調(diào) 用 兩 點 間 路 徑 規(guī) 劃 算 法 遍歷 最 初 的 兩 個 目 標在 目 標 點 調(diào) 用 目 標 識 別 程 序全 部 目 標 點 已 遍 歷 ？ 用 新 目 標 點 代 替 舊 目 標 點 結(jié) 束 初 始 化 各 參 數(shù) 實 驗 仿 真
水下機器人路徑規(guī)劃
