水面移動機器人軌跡規(guī)劃與實驗研究.pdf

1、水面移動機器人在水質監(jiān)測、海洋防護以及反恐海戰(zhàn)等方面具有巨大的潛在應用價值。與陸地移動機器人相比，水面移動機器人具有欠驅動、非完整特性，同時水面環(huán)境存在大量不確定的干擾因素，使水面移動機器人很難實現完全自主運行。機器人路徑的優(yōu)化產生方法，即軌跡規(guī)劃問題，是導航技術中的重要環(huán)節(jié)和組成部分。因此，本文主要的工作在于：研究在全局環(huán)境未知情況下，如何利用局部可探測信息，搜尋一條“最優(yōu)”的可行性路徑；構建水面移動機器人實驗平臺，開展實驗研究，部分

2、驗證所研究方法。
　　首先，對水面移動機器人系統及其自主控制方法的國內外研究現狀進行了簡單的綜述。
　　其次，研究了水面移動機器人的軌跡規(guī)劃問題，提出了一種新的軌跡規(guī)劃方法，該方法能夠在進行規(guī)劃的同時充分考慮控制實現所需要付出的代價。其中，可視窗口將全局未知環(huán)境分割為若干個已知區(qū)域，并將目標終點映射在可視域中；而對于控制代價的量化則借鑒預測控制滾動優(yōu)化原理。該方法將軌跡優(yōu)化機制和反饋控制機制有機地結合了起來，克服了模型不精確

3、及環(huán)境干擾對規(guī)劃造成的影響，使整個算法具有較強的靈活性及適應性。
　　最后，以“氣動”式有人駕駛快艇為基本平臺進行無人化改造，構建其驅動系統、控制系統、感知系統、通信系統等，開發(fā)出了具有自主功能的水面移動機器人系統。重點介紹了地面監(jiān)控系統的研制：提出地面操控系統軟件監(jiān)控平臺的總體設計方案；開發(fā)了基于圖形化編程語言Labview的、具有模塊化結構的軟件系統，實現了其與水面移動機器人之間的數據收發(fā)、遠程監(jiān)控以及數據存儲等功能。針對該系