水下機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制與路徑規(guī)劃研究.pdf

1、我國(guó)江河湖海水域眾多、資源豐富，是最具有發(fā)展?jié)摿Φ膽?zhàn)略空間，我國(guó)政府已把海洋開(kāi)發(fā)作為21世紀(jì)的國(guó)民經(jīng)濟(jì)與社會(huì)發(fā)展戰(zhàn)略重點(diǎn)之一。由于水下環(huán)境的復(fù)雜性和不確定性，水下機(jī)器人被研究用于代替人類潛入水中完成某些操作。對(duì)水下機(jī)器人進(jìn)行運(yùn)動(dòng)控制和局部的路徑規(guī)劃，是使機(jī)器人在未知環(huán)境中通過(guò)手動(dòng)或自動(dòng)的控制，能夠行駛到設(shè)定的目標(biāo)位置完成水下觀測(cè)任務(wù)的關(guān)鍵技術(shù)。
　　本文研究對(duì)象為水底觀測(cè)型有纜ROV，其外形設(shè)計(jì)為封閉式，且具有水動(dòng)力性能優(yōu)良的流線

2、型外形，通過(guò)尾部螺旋槳提供水下機(jī)器人的推進(jìn)動(dòng)力，1對(duì)水平翼和1個(gè)垂直舵控制水下機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)方向。
　　本文首先參照魚(yú)雷的數(shù)學(xué)建模思想，建立了水下機(jī)器人的空間運(yùn)動(dòng)學(xué)模型，并根據(jù)實(shí)際工作需求和控制特點(diǎn)進(jìn)行簡(jiǎn)化，得出深度、艏向角和縱傾角等控制參數(shù)的控制模型。在此基礎(chǔ)上，分別建立定深、定向和定縱傾角3個(gè)獨(dú)立的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)模型，并采用經(jīng)典PID控制算法完成了水下機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制仿真，為后續(xù)控制器的設(shè)計(jì)提供了理論依據(jù)。同時(shí)根據(jù)仿真過(guò)程中加入擾

3、動(dòng)信號(hào)后體現(xiàn)出的系統(tǒng)抗干擾能力較薄弱的特點(diǎn)，提出采用模糊自適應(yīng)PID控制算法對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，最后通過(guò)仿真驗(yàn)證了該算法的有效性。
　　其次，本文討論了基于模糊算法的水下機(jī)器人局部路徑規(guī)劃，詳細(xì)介紹了該路徑規(guī)劃算法的原理及具體實(shí)現(xiàn)過(guò)程。提出根據(jù)障礙物的不同特征對(duì)應(yīng)采用不同的模糊控制規(guī)則庫(kù)，優(yōu)化機(jī)器人避障系統(tǒng)。通過(guò)Matlab仿真環(huán)境，模擬測(cè)距聲吶對(duì)環(huán)境進(jìn)行探測(cè)，得到一定范圍內(nèi)的障礙物與目標(biāo)信息，經(jīng)模糊控制器實(shí)時(shí)調(diào)整水下機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)

4、偏轉(zhuǎn)角度，有效地避開(kāi)障礙物，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人準(zhǔn)確到達(dá)預(yù)定目標(biāo)點(diǎn)的目的，驗(yàn)證了該算法的可行性。
　　最后，本文為實(shí)現(xiàn)水下機(jī)器人的實(shí)際工程運(yùn)用，建立了水下機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制平臺(tái)。詳細(xì)介紹了水面以及水下的軟、硬件系統(tǒng)，編譯了以PLC作為水下控制系統(tǒng)處理器的模塊程序，實(shí)現(xiàn)了接收各類傳感器信息以及控制水下運(yùn)動(dòng)的任務(wù)。并以Visual C＃作為上位機(jī)開(kāi)發(fā)工具設(shè)置監(jiān)控界面并編寫通信程序，實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互控制。
　　本文通過(guò)計(jì)算機(jī)和Matlab仿真平臺(tái)