主从式UUV群的随从UUV导航

单只水下机器人导航方法存在着各自的缺陷,无法满足低成本UUV群的作业需要。建立由一只具有高精度自主导航能力的主UUV和多只由低成本导航传感器的随从UUV组成的一主多从式UUV群,研究随从UUV导航方法。与前人的极坐标化方法不同,在直角坐标系下对随从UUV导航系统进行了能观性证明。随从UUV通过测距传感器测量自身到主UUV的距离,采用EKF算法进行位置估计,给出了机动航行方案。仿真实验证明了有效性。

多水下机器人系统水动力计算的多线程实现

介绍多水下机器人(UUV)数字仿真平台的硬件结构以及单体UUV和多UUV系统的水动力计算流程,在此基础上利用Windows多线程技术实现多UUV的水动力计算,该方法已经用于多UUV数字仿真平台虚拟环境节点的设计中。系统仿真实验表明该方法设计的应用程序具有良好的执行效率和实时响应能力,为以后多UUV半物理仿真平台的水动力计算和实体多UUV系统水动力系数的验证奠定了基础。

一个面向异构多UUV协作任务的分层式控制系统

针对异构多UUV协作任务,提出了基于多智能体系统的分层式体系结构(MAHA).在个体层面,将UUV智能体的思维状态分为社会心智和个体心智两个层次分别实现,更加符合人类社会协作模式;在群体层面,提出了复杂海洋环境下UUV群体结构的评价准则,并据此将MAHA与现有结构进行了对比分析.此外,利用面向对象的Petri网理论建立了系统的协作模型,有效降低了系统建模的复杂性.最后,水下多目标搜索使命的实例研究表明,MAHA能够保证异构UUV之间进行有效的协作.

水下机器人粘性类水动力数值计算方法研究

通过对通用流体动力学仿真软件CFX的研究,提出了一套水下机器人粘性类水动力的数值计算方法.该方法采用标准k-ε湍流模型计算位置力系数,采用标准k-ω湍流模型计算旋转力系数及其它耦合水动力系数.对“CR-02”6000 m自治水下机器人的计算表明,通过这种方法获得的水动力系数具有较高的精度,可以满足水下机器人方案设计阶段的操纵性设计、运动预报和仿真等需求.

基于时延Petri网的多UUV系统的任务分配策略

针对多水下机器人(unmanned underwater vehicle,UUV)系统动态任务分配问题展开研究,在对系统的体系结构和任务分配机制进行分析的基础上,利用时延 Petri 网理论对系统的任务分配进行建模,提出了一种新的任务分配策略:群体协调层采用集中式任务分配策略,由主 UUV 将任务实时下达给各从 UUV;监控规划层采用基于适应度的分布式任务分配方式,充分发挥各异构 UUV 自身的智能。仿真结果验证了模型的合理性和任务分配策略的有效性。

基于跟随领航者法的多UUV队形控制方法研究

本文主要研究基于跟随领航者法的多 UUV(unmanned underwater vehicle)队形控制。在 UUV 载体坐标系下建立系统的运动学模型,该模型是对笛卡尔坐标系下的运动学模型的改进,避免了极坐标系下奇异点的出现。该模型经过输入输出反馈线性化,获得稳定的队形控制器。同时,为了缩小队形控制律中的控制参数的调整范围,本文提出了辅助算法,在此基础上分析参数的有效范围。将队形控制律在多 UUV 数字仿真平台上验证,证实了改进的运动学模型和控制律的有效性。

多水下机器人的队形控制方法研究

本文采用跟随领航者法研究多水下机器人(Unmanned Underwater Vehicles, UUVs)的队形控制，研究内容主要包括三个方面：设计基于运动学模型的多UUVs队形控制器；将该队形控制器结合机器人的动力学特性研究队形控制问题；研究领航者避碰算法以及多UUVs群体的队形变换策略。 跟随领航者法根本的问题是研究领航者与任意一个跟随者之间的协调问题，因此本文将复杂的多UUVs系统简化为若干组两个UUVs组成的基本队形模型。为了避免出现极坐标系下不可预见的奇异点，我们提出在UUV载体坐标系下建立运动学模型，实现与UUV动力学坐标系的统一。将该模型转化为误差动力学模型之后，经过输入输出反馈线性化，得出基于运动学模型的队形控制律。将该控制律应用到多UUV的队形控制问题中，则每个跟随者与领航者之间都具有协调，跟随者之间互相独立。 上述队形控制器中UUV具有无限快的速度跟踪能力，而实际上UUV不具备这样的能力，因此在队形控制器的设计过程中应结合UUV的动力学特性，使得对多UUVs队形控制问题的分析和设计更接近实际。本文以基本队形模型为研究对象，结合实际载体的动力学特性，研究队形控制器。 在未知的海洋环境中，当多UUVs系统检测到障碍物时，本文所采用的策略是：领航者采用基于模糊逻辑的避碰控制算法，顺利地通过障碍物区域；同时，领航者依据其艏部的避碰声纳信息，发出变换队形的指令。该策略使得领航者在引领跟随者顺利通过障碍物区域的同时，又不影响领航者与跟随者之间的协调。 在变换队形的过程中，存在着UUV之间发生碰撞的隐患，本文提出了就近原则：领航者左侧的UUV依然在左侧或中间，右侧的依然在右侧或中间。 本文分别利用了MATLAB仿真平台和多UUVs数字仿真平台，验证了以上各方法的有效性。由于多UUVs数字仿真平台中的控制参数、水动力系数、传感器参数均源自于实际的载体和历次湖试、海试的试验数据，UUV之间的通信信道是基于实际的水声通信模型，因此该平台上的仿真结果可以证明上述方法具有实际可行性。

自治水下机器人研究开发的现状和趋势

简要回顾了自治水下机器人ＡＵＶｓ研究的历史，概述了ＡＵＶｓ研究开发的现状和未来发展趋势