水下機器人任務規(guī)劃與重規(guī)劃技術研究.pdf

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

2、及時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相關問題的研究背景與意義進行分析闡述;對國內(nèi)外相關領域問題的研究現(xiàn)狀進行總結(jié);并結(jié)合AUV應用需求和自身特點,給出本文的主要研究內(nèi)容。
　　(2)因為AUV的體系結(jié)構從整體角度給出了AUV的相關功能和模塊劃分以及相互間的數(shù)據(jù)、命令交互和協(xié)作關系,是進一步研究與實現(xiàn)AUV功能的基礎和前提;所以,對常見的體系結(jié)構缺點進行了總結(jié);同時結(jié)合AUV工

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

4、分層規(guī)劃的與或樹分解思想,提出并設計了AUV使命分解的與或樹相關定義關系和具體實例表示方法。給出了基于AUV任務規(guī)劃的有限狀態(tài)機主要概念定義、相關意義關系和表示實例。提出了行為層規(guī)劃修復的思想并設計了基于插入、刪除調(diào)整的行為層規(guī)劃修復方法。
　　(4)針對AUV面臨大量不確定性容易導致初始規(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任務不確定性進行闡述分析。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行了分析研究。從AUV實際執(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)行過程并對相應的分層反饋信息進行表示分析;同時在此基礎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