自主遥控水下机器人共享控制方法研究
文献类型：学位论文
| 作者 | 王兴华1,2
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| 答辩日期 | 2019-05-17 |
| 授予单位 | 中国科学院沈阳自动化研究所 |
| 授予地点 | 沈阳 |
| 导师 | 田宇 |
| 关键词 | 自主遥控水下机器人 共享控制 基于行为控制 多目标优化 避碰 |
| 学位名称 | 硕士 |
| 学位专业 | 控制工程 |
| 其他题名 | Research on Shared Control Method of Autonomous and Remotely Operated Underwater Vehicle |
| 英文摘要 | 本文的研究依托于国家重点研发计划项目课题“全海深ARV系统基础理论问题研究（2016YFC0300801）”，针对在环境探索和目标观察任务中如何融合ARV自主控制和操作人员遥控的问题，基于共享控制理论（Shared Control）开展研究，在广泛调研共享控制文献的基础上研究和设计了ARV的共享控制方法，并基于本文研发的仿真环境验证了所提出方法的有效性，为ARV共享控制的研究和应用提供了必要的理论基础和技术储备。 本文主要的研究内容和结果如下：（1）针对ARV如何在环境探索任务中和目标观察任务中实现共享控制的问题，采用基于行为控制的思想，提出一种基于行为的ARV共享控制方法。在环境探索任务中，设计了遥控行为和自主避障行为以使ARV在执行操作人员操作意图的同时保障安全；在目标观察任务中，基于提出的路径跟踪方法和围绕目标观察的超椭圆路径，设计了人机协同路径跟踪控制行为以使ARV围绕目标观察；最后通过本文设计的基于优先级的行为组织和融合方法协调各个行为的输出，实现了ARV基于设计的行为以“人主机辅”模式执行环境探索任务继而以“机主人辅”模式执行目标观察任务的有效共享控制。（2）为进一步提高ARV共享控制在环境探索任务中的效果，面向ARV的环境探索任务，提出了一种基于多目标优化的共享控制方法。根据服从操作人员控制意图、提升ARV安全性、降低操作人员操作复杂性并优化ARV运动路径的要求，将ARV艏向角的控制命令作为决策变量，分别设计了服从度、自主度和稳定度三个目标函数；根据栅格地图表示的局部环境中障碍物的分布信息设计了艏向角控制命令的安全性评估函数，并由安全性评估函数确定约束条件；根据目标函数和约束条件将ARV艏向角的共享控制转化为多目标优化问题，并使用最小最大法求解以得到最优的共享控制命令。（3）针对ARV共享控制方法的研究需求，采用模块化的设计思想和面向对象的开发方式，研发了ARV共享控制仿真研究环境。仿真环境由视景显示、控制算法、实物仿真三个模块组成，具有动画与数据演示、障碍物环境仿真、结果输出与分析等功能，提供了算法接入的通用接口，便于对本文提出的共享控制方法进行研究、验证与分析。基于ARV共享控制仿真研究环境，本文对两种共享控制方法进行了验证与分析，证明了所提出方法的有效性。仿真结果表明，基于行为的ARV共享控制有效的提高了ARV在环境探索任务和目标观察任务中的安全性和任务表现，减轻了操作人员的工作负担；基于多目标优化的共享控制方法在环境探索任务中进一步提高了ARV的任务表现并减轻了操作人员的工作负担。 |
| 语种 | 中文 |
| 产权排序 | 1 |
| 页码 | 73页 |
| 源URL | [http://ir.sia.cn/handle/173321/25199]  |
| 专题 | 沈阳自动化研究所_水下机器人研究室 海洋机器人卓越创新中心 |
| 作者单位 | 1.中国科学院大学 2.中国科学院沈阳自动化研究所 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 王兴华. 自主遥控水下机器人共享控制方法研究[D]. 沈阳. 中国科学院沈阳自动化研究所. 2019. |
入库方式： OAI收割
来源：沈阳自动化研究所
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