基于群集智能的多水下机器人协调研究

【摘要】： 多水下机器人协调机制是水下机器人研究的重要组成部分,编队控制是多水下机器人协调中的一个典型问题,具有重要的研究意义和实用价值。针对水声通信的相关特点,本文以多AUV编队为应用背景,结合基于群集智能的移动多机器人协调方法,提出了基于局部感知和有限通信相结合的多AUV编队控制方法,以此来解决水声通信延时、通信失效以及通信误码等问题。 首先,介绍了多AUV协调的研究现状以及群集智能在多机器人协调中的应用。 接着,设计了能够灵活适应动态变化环境的基于决策与动作的单AUV体系结构以及分布式的多AUV体系结构,单AUV的体系结构包括传感与通讯模块、决策模块以及动作模块。 然后,提出了基于局部感知和有限通信的多AUV编队控制方法。AUV利用传感器进行局部感知,以完成AUV之间的队形控制等底层协作。对于局部感知无法实现的角色分配、队形变换以及信息交换等高级协调策略,则依赖于AUV之间有限范围内的通信。两种模式并行执行,不需要任何集中控制器进行协调。在此基础之上,本文进一步提出了通信延时、通信失效以及通信误码的解决方案,实现了AUV个体只利用局部交互作用就可以形成全局范围内的整齐编队。 最后给出了基于局部感知和有限通信的多机器人编队仿真实验,并进行了相应的编队性能评估以及仿真结果分析,验证了该方法的可行性和有效性。