面向地形勘察使命的AUV群體協(xié)同使命控制方法研究.pdf

1、自主水下航行器(AUV)可替代人類深入海洋，完成危險(xiǎn)作業(yè)，且以其成本低、智能化程度高等優(yōu)勢(shì)，已經(jīng)越來(lái)越多地應(yīng)用于海洋勘探、資源開(kāi)發(fā)以及軍事應(yīng)用等領(lǐng)域。特別是通過(guò)多個(gè)AUV的相互配合，實(shí)現(xiàn)群體協(xié)同作業(yè)，大大提高了作業(yè)效率。本文以執(zhí)行海底地形勘察使命為背景，針對(duì)多AUV群體協(xié)同使命控制技術(shù)，開(kāi)展了多AUV群體協(xié)同體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、AUV使命控制系統(tǒng)建模、使命控制方法與仿真平臺(tái)構(gòu)建等方面的研究。
　　 協(xié)同體系結(jié)構(gòu)是多AUV群體協(xié)同使命控

2、制的基礎(chǔ)。本文基于經(jīng)典多機(jī)器人系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)分析，設(shè)計(jì)了一種集中式多AUV體系結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)由一個(gè)主控AUV和若干作業(yè)AUV組成。設(shè)計(jì)出了各個(gè)單元的功能模塊以及模塊間的信息流，建立了多AUV系統(tǒng)模型。
　　 采用進(jìn)程描述主控AUV和作業(yè)AUV，從邏輯上對(duì)群體中的各個(gè)AUV單元進(jìn)行劃分。設(shè)計(jì)多AUV群體協(xié)同地形勘察使命的劃分方式，主控AUV將勘察使命分解為可供作業(yè)AUV執(zhí)行的任務(wù)，并將其分配給各個(gè)作業(yè)AUV；作業(yè)AUV進(jìn)一步將所分配到

3、的任務(wù)劃分為順序執(zhí)行的子任務(wù)，并對(duì)任務(wù)執(zhí)行過(guò)程中出現(xiàn)的事件進(jìn)行響應(yīng)。采用線程機(jī)制設(shè)計(jì)了子任務(wù)執(zhí)行和事件響應(yīng)模塊，設(shè)計(jì)了利用線程描述的子任務(wù)與事件處理過(guò)程的實(shí)現(xiàn)方法
　　 建立了使命控制系統(tǒng)的Petri網(wǎng)模型，基于此模型設(shè)計(jì)了適用于AUV群體完成地形勘察的使命控制方法，采用基于優(yōu)先級(jí)的搶占式多線程調(diào)度方式，實(shí)現(xiàn)了作業(yè)AUV的子任務(wù)能夠有序執(zhí)行，以及對(duì)作業(yè)AUV各項(xiàng)內(nèi)部和外部事件的快速正確響應(yīng)。設(shè)計(jì)了基于仲裁規(guī)則的多AUV群體協(xié)同使

4、命重規(guī)劃方法，當(dāng)某一作業(yè)AUV出現(xiàn)故障無(wú)法完成自身任務(wù)時(shí)，主控AUV將根據(jù)情況派遣能夠正常工作的作業(yè)AUV完成協(xié)同任務(wù)。
　　 基于Linux系統(tǒng)的C語(yǔ)言和Qt Creator開(kāi)發(fā)平臺(tái)構(gòu)建了多AUV群體協(xié)同使命控制仿真平臺(tái)，通過(guò)人機(jī)交互設(shè)置地形勘察使命和多AUV初始作業(yè)信息，實(shí)現(xiàn)了AUV群體協(xié)同系統(tǒng)及其使命控制方法的仿真驗(yàn)證。結(jié)果表明：基于多進(jìn)程和多線程機(jī)制所構(gòu)建的多AUV群體協(xié)同體系結(jié)構(gòu)通過(guò)子任務(wù)調(diào)度滿足了使命作業(yè)的需求，且出