基于人工势能场的水下滑翔机局部路径规划方法研究

发布时间：2023-04-30 03:51

　　水下滑翔机是一种依靠自身净浮力驱动的水下航行器,由于其耗能少、航程远、隐蔽性强等特点,近年来受到越来越多的关注。随着研究的不断深入,人们对水下滑翔机的智能水平要求越来越高,而路径规划是水下机器人自主能力的一个重要体现,是保证顺利完成任务的重要前提。对于水下滑翔机的路径规划,其中最基本,同时也是最重要的要求是保证其在工作过程中的安全性。这是水下滑翔机控制中必不可少的一个环节,也是一直以来的研究热点之一。水下滑翔机路径规划包括全局性的水面出水点预设与水下局部路径规划两方面。对于未知海域,由于海底地理结构未知,容易出现水下滑翔机与水下障碍物发生碰撞的情况,造成机体损坏甚至丢失。为此,本文根据海洋观测任务特点,针对水下滑翔机运动特性,开展了基于人工势能场的水下滑翔机局部路径规划方法研究。论文的主要工作和成果如下:(1)海洋观测中,若观测海域内存在障碍物且障碍物位于预设局部目标观测区域附近,现有措施通常为水下滑翔机放弃观测,造成观测数据不完整。本文通过采用修正势能函数,构造水下滑翔机与局部目标、障碍物间势能场,进行水下局部路径规划,解决了局部目标区域不可观测问题。(2)水下滑翔机的结构在一定程度...

【文章页数】：69 页

【学位级别】：硕士

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摘要
ABSTRACT
字母注释表
第一章 绪论
    1.1 引言
    1.2 研究背景及意义
        1.2.1 水下滑翔机概述
        1.2.2 主要技术问题
    1.3 国内外研究现状
        1.3.1 水下滑翔机研究现状
        1.3.2 水下滑翔机路径规划研究现状
    1.4 本文的主要研究内容
第二章 人工势能场法路径规划
    2.1 路径规划概述
        2.1.1 路径规划定义
        2.1.2 路径规划分类
        2.1.3 路径规划问题描述
    2.2 人工势能场算法
        2.2.1 物理学概念
        2.2.2 人工势能场法原理
        2.2.3 引力势场的建立
        2.2.4 人工势能场算法的优势
        2.2.5 排斥势能场的建立
    2.3 本章小结
第三章 水下滑翔机的人工势场法路径规划
    3.1 水下滑翔机路径规划需求
    3.2 修正人工势能场法
        3.2.1 问题分析
        3.2.2 吸引势能函数
        3.2.3 排斥势能函数
        3.2.4 耗散控制项
    3.3 水下滑翔机受力分析
        3.3.1 人工势场下水下滑翔机受力分析
        3.3.2 运动学方程
    3.4 水下滑翔机避障模型解算与数值仿真结果
        3.4.1 水下滑翔机避障流程
        3.4.2 人工势能场法避障路径实现
        3.4.3 人工势能场法避障路径规划仿真实例
    3.5 本章小结
第四章 运动约束下水下滑翔机路径规划
    4.1 水下滑翔机的运动约束
        4.1.1 水下滑翔机运动过程
        4.1.2 水下滑翔机运动约束
    4.2 引入运动约束的路径规划算法
        4.2.1 算法概况
        4.2.2 滑翔角约束
        4.2.3 转弯半径约束
        4.2.4 路径修正的计算法则
    4.3 三维避障路径规划仿真
        4.3.1 路径规划流程
        4.3.2 引入约束下基于人工势能场法的路径规划及仿真
    4.4 本章小结
第五章 水下滑翔机转弯运动控制
    5.1 动力学建模
        5.1.1 坐标系建立
        5.1.2 坐标系变换矩阵
    5.2 受力分析
        5.2.1 转弯过程
        5.2.2 稳态转弯时受力情况
    5.3 转弯避障原理
        5.3.1 转弯过程参数
        5.3.2 转弯向心力分析
    5.4 本章小结
第六章 总结与展望
    6.1 全文总结
    6.2 工作展望
参考文献
发表论文和参加科研情况说明
致谢



本文编号：3806364