水下機(jī)器人任務(wù)規(guī)劃與重規(guī)劃技術(shù)研究.pdf

1、自治水下機(jī)器人(Autonomous Underwater Vehicles,AUV)是具有一定自主能力的智能化水下設(shè)備,能在特定的環(huán)境任務(wù)信息下執(zhí)行人類自身所不能進(jìn)行的高難度、高危險(xiǎn)作業(yè)任務(wù)。隨著海洋開發(fā)利用與AUV應(yīng)用需求的不斷推廣,海洋環(huán)境和動(dòng)作效果、狀態(tài)信息的復(fù)雜性與不可預(yù)知性以及水聲通訊對人機(jī)實(shí)時(shí)干預(yù)的限制都給AUV提出了更高要求。本文以AUV為研究背景,針對復(fù)雜海洋環(huán)境和任務(wù)多變的情況,研究提高AUV作業(yè)自主適應(yīng)性、事件響應(yīng)

2、及時(shí)性與自身安全保障能力的核心理論和模型方法;本文的主要工作如下:
　　(1)對AUV相關(guān)問題的研究背景與意義進(jìn)行分析闡述;對國內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域問題的研究現(xiàn)狀進(jìn)行總結(jié);并結(jié)合AUV應(yīng)用需求和自身特點(diǎn),給出本文的主要研究內(nèi)容。
　　(2)因?yàn)锳UV的體系結(jié)構(gòu)從整體角度給出了AUV的相關(guān)功能和模塊劃分以及相互間的數(shù)據(jù)、命令交互和協(xié)作關(guān)系,是進(jìn)一步研究與實(shí)現(xiàn)AUV功能的基礎(chǔ)和前提;所以,對常見的體系結(jié)構(gòu)缺點(diǎn)進(jìn)行了總結(jié);同時(shí)結(jié)合AUV工

3、作特點(diǎn)和實(shí)際需求,提出了分層規(guī)劃與重規(guī)劃的設(shè)計(jì)思想,并給出了AUV分層規(guī)劃與重規(guī)劃體系結(jié)構(gòu)。在所設(shè)計(jì)的體系結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)之上,進(jìn)行有效的模塊功能劃分與數(shù)據(jù)信息表示并詳細(xì)闡述整體結(jié)構(gòu)的主要數(shù)據(jù)流程,同時(shí)對所設(shè)計(jì)的體系結(jié)構(gòu)進(jìn)行了合理的評價(jià)分析。
　　(3)對AUV的主要任務(wù)進(jìn)行簡單介紹并結(jié)合使命任務(wù)執(zhí)行剖面圖對可能的初始規(guī)劃與實(shí)際使命執(zhí)行過程進(jìn)行分析闡述。結(jié)合AUV分層體系結(jié)構(gòu)選擇合適的分層規(guī)劃方法并對其理論思想與規(guī)劃過程進(jìn)行研究;同時(shí)利用

4、分層規(guī)劃的與或樹分解思想,提出并設(shè)計(jì)了AUV使命分解的與或樹相關(guān)定義關(guān)系和具體實(shí)例表示方法。給出了基于AUV任務(wù)規(guī)劃的有限狀態(tài)機(jī)主要概念定義、相關(guān)意義關(guān)系和表示實(shí)例。提出了行為層規(guī)劃修復(fù)的思想并設(shè)計(jì)了基于插入、刪除調(diào)整的行為層規(guī)劃修復(fù)方法。
　　(4)針對AUV面臨大量不確定性容易導(dǎo)致初始規(guī)劃失效而需要重規(guī)劃處理的問題,提出了分層重規(guī)劃監(jiān)督?jīng)Q策的思想,并對其研究意義與AUV任務(wù)不確定性進(jìn)行闡述分析。對不確定性事件及其特征表現(xiàn)和對A

5、UV的可能影響進(jìn)行分析總結(jié)并給出了不確定事件檢測識別的主要輸入、輸出數(shù)據(jù)和相應(yīng)的重規(guī)劃數(shù)據(jù)接口。結(jié)合分層重規(guī)劃監(jiān)督?jīng)Q策的目標(biāo)需求,對分層重規(guī)劃的監(jiān)督輸入、事件處理與決策輸出進(jìn)行了分析研究。從AUV實(shí)際執(zhí)行的角度出發(fā),將自頂向下的AUV使命規(guī)劃與或分解樹逐層分解表示形式轉(zhuǎn)換為自左向右依次執(zhí)行的具體執(zhí)行過程并對相應(yīng)的分層反饋信息進(jìn)行表示分析;同時(shí)在此基礎(chǔ)上研究并給出了分層重規(guī)劃監(jiān)督?jīng)Q策的主要算法流程和具體執(zhí)行步驟。
　　最后,對仿真實(shí)