基于领航—跟随模型的水下机器人编队研究
发布时间：2020-12-25 11:27
近几年,随着国家政策的制定,人类对海洋的探索和开发越来越频繁,以满足对海洋资源的日益需求。传统的海洋开发过程大都依靠人工以及各种远程操控水下航行器（ROV）或者自主式水下航行器（AUV）,人工开发过程中,存在安全性差、范围小、成本高等问题,依靠ROV或者AUV开发也存在着范围小、成本高、效率低等问题,使用多个水下机器人协同编队对海洋开发可以有效的弥补上述的不足。目前多机器人协同编队主要应用在地面机器人,由于水下环境比地面环境复杂,很少有人将其应用在水下环境。本课题为了解决这些应用问题,设计了小型灵活水下航行器,并相应地搭建样机,进行理论建模,开展实验研究。本文提出了一种基于领航-跟随模型的水下机器人编队的方案。对机器人编队的特点和在水下机器人上应用时出现的问题进行调研,开展了水下机器人编队的需求分析,包括单个水下机器人的功能要求,编队保持的运动特性要求,视觉定位的性能要求,基于此,设计了水下机器人编队的总体方案,包括单体机器人的系统组成,机器人编队的运动学控制和视觉定位等方案。根据总体方案的设计结果,开展了水下机器人平台方案设计,单体水下机器人的运动学和动力学分析,在此基础上完成了领航...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：74 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
不同类型无人水下航行器[7]
拼接式
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-4-限，结构光相机和双目相机的局限性类似。在实际应用中，研究人员经常使用拼接式图像采集装置进行图像的采集，主要有两个出发点：一是扩大视野，视野越大获得的信息也就越多；二是在多目相机的视野重叠区，根据视差提取深度信息，这样就可以获得环境的三维信息。使用不同角度放置的摄像头同时采集图像，然后对图像进行合并，构成全景成像系统，这种装置不用在镜头下安装旋转机构，采集的图像稳定，但存在固定盲区，并且随着镜头的增加，计算量会变大，对处理器的要求很高。如图1-2所示，RingCam系统使用5个摄像头环绕布置，可获得3000*480分辨率的图像，Jupiter系统使用18个镜头组件，每个组件放置3个摄像头，实现整个空间的成像[14]。Ladybug2使用6个镜头采集图像信息，其中5个镜头布置在侧面，一个镜头布置在顶部，获取四周的图像[15]。这种拼接式图像采集装置，镜头安装难度大，成本偏高，处理器的要求也比较高，将很难布置在移动机器人上，尤其是对于面向低智能化的水下机器人。a)RingCam系统b)Jupiter系统c)Ladybug2系统图1-2拼接式图像采集装置除此之外，还有一些研究仿照一些生物的视觉系统进行布置摄像头，这种拼接式图像采集装置被称为仿生视觉平台，该仿生视觉平台除了具有普通拼接式图像采集装置的大视野的优点外，它的镜头布置方式符合生物学机制，常用于移动机器人的视觉系统中，Heppner等人对大雁的视觉进行解剖和分析[16]，得到大雁的一只眼睛的视野范围为130°，两只眼睛可以在中间形成20°的重叠区域，它的总视野范围达到200多度。按照大雁的视觉制作的仿生视觉平台用在移动机器人中，有利于机器人的视觉观察，并且视野范围大，视野重叠区可以获取环境的三维信息，可用于机器人的避障导
【参考文献】：
期刊论文
[1]多机器人智能协同作业M2M2A系统设计与实验研究[J]. 翟敬梅,李连中,郭培森,刘坤,黄锦洲. 机器人. 2017(04)
[2]惯性导航初始对准偏差与安装偏差校准方法对采煤机定位精度影响[J]. 张博渊,王世博,葛世荣. 煤炭学报. 2017(03)
[3]UUV通信技术应用与发展分析[J]. 金晓斌,许大琴,徐坚. 舰船电子工程. 2015(12)
[4]基于有限资源的微小型多机器人协同避障策略[J]. 李月,高峻峣,赵靖超,刘轶. 计算机工程与设计. 2015(12)
[5]基于微分博弈的多机器人追逃策略研究及仿真[J]. 张旭,李玲,贾磊磊. 装备制造技术. 2015(09)
[6]Research Advance in Swarm Robotics[J]. TAN Ying,ZHENG Zhongyang. Defence Technology. 2013(01)
[7]深海载人潜水器发展现状及技术进展[J]. 刘涛,王璇,王帅,王磊. 中国造船. 2012(03)
[8]十年有成的“海洋生物普查计划”[J]. 邵广昭. 生物多样性. 2011(06)
[9]水下航行器INS/GPS/DVL组合导航方法[J]. 王小峰. 鱼雷技术. 2010(04)
[10]世界海洋矿产资源研究现状与开发前景[J]. 王晓民,孙竹贤. 世界有色金属. 2010(06)
博士论文
[1]双/多基地声纳信道复用技术研究[D]. 芦嘉.哈尔滨工程大学 2017
[2]自组织多机器人系统任务分配建模与设计[D]. 周菁.西北工业大学 2015
硕士论文
[1]小型自主水下航行器系统设计与运动分析[D]. 李凯强.哈尔滨工业大学 2017
[2]多视角融合流媒体播放器中视频拼接的研究与实现[D]. 徐翔.华中科技大学 2013
[3]电厂冷凝器清洗机器人的管口视觉定位方法研究[D]. 胡灿.湖南大学 2012
[4]基于粒子群优化算法的多机器人编队控制技术[D]. 张明中.中南大学 2011
[5]水下机器人双目立体视觉定位系统研究[D]. 陈元杰.浙江大学 2011
[6]双/多基地声纳定位算法研究[D]. 孙志洁.西北工业大学 2005
本文编号：2937557
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：74 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
不同类型无人水下航行器[7]
拼接式
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-4-限，结构光相机和双目相机的局限性类似。在实际应用中，研究人员经常使用拼接式图像采集装置进行图像的采集，主要有两个出发点：一是扩大视野，视野越大获得的信息也就越多；二是在多目相机的视野重叠区，根据视差提取深度信息，这样就可以获得环境的三维信息。使用不同角度放置的摄像头同时采集图像，然后对图像进行合并，构成全景成像系统，这种装置不用在镜头下安装旋转机构，采集的图像稳定，但存在固定盲区，并且随着镜头的增加，计算量会变大，对处理器的要求很高。如图1-2所示，RingCam系统使用5个摄像头环绕布置，可获得3000*480分辨率的图像，Jupiter系统使用18个镜头组件，每个组件放置3个摄像头，实现整个空间的成像[14]。Ladybug2使用6个镜头采集图像信息，其中5个镜头布置在侧面，一个镜头布置在顶部，获取四周的图像[15]。这种拼接式图像采集装置，镜头安装难度大，成本偏高，处理器的要求也比较高，将很难布置在移动机器人上，尤其是对于面向低智能化的水下机器人。a)RingCam系统b)Jupiter系统c)Ladybug2系统图1-2拼接式图像采集装置除此之外，还有一些研究仿照一些生物的视觉系统进行布置摄像头，这种拼接式图像采集装置被称为仿生视觉平台，该仿生视觉平台除了具有普通拼接式图像采集装置的大视野的优点外，它的镜头布置方式符合生物学机制，常用于移动机器人的视觉系统中，Heppner等人对大雁的视觉进行解剖和分析[16]，得到大雁的一只眼睛的视野范围为130°，两只眼睛可以在中间形成20°的重叠区域，它的总视野范围达到200多度。按照大雁的视觉制作的仿生视觉平台用在移动机器人中，有利于机器人的视觉观察，并且视野范围大，视野重叠区可以获取环境的三维信息，可用于机器人的避障导
【参考文献】：
期刊论文
[1]多机器人智能协同作业M2M2A系统设计与实验研究[J]. 翟敬梅,李连中,郭培森,刘坤,黄锦洲. 机器人. 2017(04)
[2]惯性导航初始对准偏差与安装偏差校准方法对采煤机定位精度影响[J]. 张博渊,王世博,葛世荣. 煤炭学报. 2017(03)
[3]UUV通信技术应用与发展分析[J]. 金晓斌,许大琴,徐坚. 舰船电子工程. 2015(12)
[4]基于有限资源的微小型多机器人协同避障策略[J]. 李月,高峻峣,赵靖超,刘轶. 计算机工程与设计. 2015(12)
[5]基于微分博弈的多机器人追逃策略研究及仿真[J]. 张旭,李玲,贾磊磊. 装备制造技术. 2015(09)
[6]Research Advance in Swarm Robotics[J]. TAN Ying,ZHENG Zhongyang. Defence Technology. 2013(01)
[7]深海载人潜水器发展现状及技术进展[J]. 刘涛,王璇,王帅,王磊. 中国造船. 2012(03)
[8]十年有成的“海洋生物普查计划”[J]. 邵广昭. 生物多样性. 2011(06)
[9]水下航行器INS/GPS/DVL组合导航方法[J]. 王小峰. 鱼雷技术. 2010(04)
[10]世界海洋矿产资源研究现状与开发前景[J]. 王晓民,孙竹贤. 世界有色金属. 2010(06)
博士论文
[1]双/多基地声纳信道复用技术研究[D]. 芦嘉.哈尔滨工程大学 2017
[2]自组织多机器人系统任务分配建模与设计[D]. 周菁.西北工业大学 2015
硕士论文
[1]小型自主水下航行器系统设计与运动分析[D]. 李凯强.哈尔滨工业大学 2017
[2]多视角融合流媒体播放器中视频拼接的研究与实现[D]. 徐翔.华中科技大学 2013
[3]电厂冷凝器清洗机器人的管口视觉定位方法研究[D]. 胡灿.湖南大学 2012
[4]基于粒子群优化算法的多机器人编队控制技术[D]. 张明中.中南大学 2011
[5]水下机器人双目立体视觉定位系统研究[D]. 陈元杰.浙江大学 2011
[6]双/多基地声纳定位算法研究[D]. 孙志洁.西北工业大学 2005
本文编号：2937557
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