基于MOOS的自主式水下机器人软件系统设计与实现

发布时间：2017-09-28 17:01

  本文关键词：基于MOOS的自主式水下机器人软件系统设计与实现

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【摘要】：近几十年来,自主式水下机器人(Autonomous Underwater Vehicle)技术得到了长足的发展,它在海洋资源勘察、海洋水文环境监测、海底工程辅助建设、海产品养殖以及海洋军事防御等领域有着广泛的应用前景。现在AUV逐渐走向大尺度的远洋海域,水文环境越发复杂,这对AUV的软件控制系统提出了更高的要求。水下机器人的软件控制系统是水下机器人完成任务的关键环节,目前国内外专用于水下机器人的软件系统平台主要有Player2.0、MOOS、CARMEN、JAUS、ROS、 RDS、LCM等。其中MOOS是采用分布式、模块化的设计思想,解决了传统软件系统独立性差、耦合性强的缺点。同时模块化的设计方案,使MOOS平台具有统一的软件接口标准,易于二次开发和应用扩展。本文旨在提出一套专用于AUV的软件控制系统,并对该软件进行独立子系统设计和现场试验的验证研究。该系统基于MOOS平台搭建,同时将基于MOOS的软件系统分为四层设计：使命层、决策规划层、控制层、执行层。在软件系统分层设计基础上,建立了AUV的体系结构、硬件系统和软件控制系统。论文介绍MOOS平台及其消息通信机制,并在信息传递服务器(MOOSDB)的平台上设计搭建AUV的软件系统。同时论文重点介绍了AUV的通信系统、数据采集系统、岸基控制平台和运动控制系统,在多传感器数据采集系统中,详细的介绍了MOOS客户端程序的开发流程。论文中应用到多线程技术、串口通信技术、Socket通信技术、铱星通信技术、PID控制算法来提高软件系统的稳定性和精准度。该套水下机器人平台系统,可根据任务需求搭载不同的传感器模块,并采用统一的软件接口实现快速封装,具有一定的通用性。
【关键词】：自主式水下机器人 分布式体系结构 MOOS平台 数据采集系统
【学位授予单位】：中国海洋大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TP242
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 1 绪论10-20
• 1.1 水下机器人国内外发展现状10-14
• 1.2 水下机器人软件系统的发展现状14-16
• 1.3 水下机器人未来的发展趋势16-17
• 1.4 课题来源和主要工作17-20
• 2 自主式水下机器人体系结构20-30
• 2.1 水下机器人体系结构发展现状20-23
• 2.2 水下机器人平台结构的设计23-26
• 2.3 水下机器人硬件系统的设计26-27
• 2.4 水下机器人软件系统的设计27-29
• 2.5 本章小结29-30
• 3 基于MOOS的软件系统架构30-40
• 3.1 MOOS的背景30-31
• 3.2 MOOS体系结构及通信机制31-36
• 3.2.1 MOOS体系结构31-33
• 3.2.2 MOOS消息分发机制的实现33-36
• 3.2.3 MOOS通信机制优缺点36
• 3.3 基于MOOS平台AUV软件系统的架构模型36-39
• 3.4 本章小结39-40
• 4 AUV通信系统和数据采集系统的设计与实现40-62
• 4.1 AUV软件系统整体设计40-42
• 4.2 AUV舱内通信系统的设计与实现42-49
• 4.2.1 串口通信模块的设计43-46
• 4.2.2 基于Socket的快速以太网模块的设计46-47
• 4.2.3 CAN总线通信模块的设计47-49
• 4.3 AUV舱外通信系统的设计与实现49-55
• 4.3.1 铱星通信模块的设计50-53
• 4.3.2 无线电台模块的设计53-54
• 4.3.3 水声通信模块的设计54-55
• 4.4 AUV数据采集系统的设计与实现55-60
• 4.4.1 基于MOOS的数据采集系统整体设计55
• 4.4.2 多线程技术在数据采集系统中的应用55-57
• 4.4.3 基于MOOS的数据采集系统实现过程57-60
• 4.5 本章小结60-62
• 5 AUV控制系统的设计与实现62-70
• 5.1 AUV的岸基控制系统62-64
• 5.1.1 岸基控制系统的工作机制62-63
• 5.1.2 AUV人机交互界面的设计63-64
• 5.2 AUV的PID控制模块64-68
• 5.2.1 PID分布式控制模型64-65
• 5.2.2 PID控制在AUV中的应用65-68
• 5.3 AUV软件系统其它模块68
• 5.4 本章小结68-70
• 6 总结展望70-72
• 参考文献72-76
• 致谢76-77
• 个人简历77-78
• 攻读硕士期间发表的学术论文与研究成果78

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