水下自主机器人的总结

1、水下自主机器人的总结水下自主机器人 AUV 的设计必须考虑水下特殊的环境。针对这 一特殊环境， 我们需要考虑不同的传感器配置， 必须考虑水下压力的 影响。由于 AUV 为无缆机器人，只能使用蓄电池，所以能源使用效 率也是一个值得注意的问题。 在这些硬件达到环境要求的基础上需要 做好路径规划。我将各个方面的大概情况罗列如下：一、水下作业环境主要特点：1、耐压问题：一些部件需要置于耐压壳体之外，为保证这些部 件不受水的侵蚀和水压作用，应采取压力补偿措施。2, 、水下照明问题：一定深度水下要求有足够的照明。3、水对运动部件的阻力问题： 各运动部件会受到水阻力的影响。4、水下载体定位问题涉及两个方面：

2、 一方面是大地坐标的确定， 另一方面是水下载体坐标系的确定。5、信号传输问题：声音在水中的传播速度远低于光速真空，信 号传输时延较大，难以实时控制。激光通讯是一种有效地技术手段， 特别是蓝绿激光在水中吸收最小，但蓝绿激光体积过大、效率低、能 耗过大。6、密封问题7、能源问题： AUV 多用蓄电池，所以应注意能源使用效率。二、传感器的选择使用：为保证自主导航的准确， 通常需要采用多传感器集成与信息融合 技术，以此来得到有关环境的可靠信息。 机器人自主导航的传感器分为两类：第一类是内部传感器， 测量机器人自身在运动中的参数变化，如速度、加速度、位移、角度等，这类传感器包括惯导、陀螺仪、速 度计、里

3、程计、编码器、线加速度计、磁罗盘等。第二类是外部传感 器，用于测量周围环境信息，常用的包括激光雷达、毫米波雷达、声 纳、视觉相机、红外扫描、结构光。对几种常用的传感器的优缺点做以分析：<1>惯性导航系统有如下主要优点：(1) 由于它是不依赖于任何外部信息，也不需要向外部 辐射能量，因此隐蔽性好，不受外界电磁干扰的影响；(2) 可全天候地工作于空中、地球表面乃至水下；(3) 能提供位移、速度、航向和姿态角数据，所产生的导 航信息连续性好而且噪声低；(4) 数据更新率高、短期精度和稳定性好。其缺点是：(1) 由于导航信息是经过积分而产生， 误差随时间而增大， 长 期精度差；(2) 每次

4、使用之前需要较长的初始对准时间；(3) 设备的价格比较昂贵；(4) 不能给出时间信息；<2>声纳传感器优点：(1) 信息处理简单(2)价格低廉(3)利用声波作为手段，被广泛用作移动机器人测距传感 器其缺点：(1)数据采集周期长(2) 数据的误差较大<3>视觉传感器优点：(1)技术成熟，可以获取全面的环境特征信息 (2)在一定范围内，数据准确率高 缺点：(1)受到光线的限制，适合的工作环境有限(2)测量距离有限(3) 移动太快会导致图像模糊，进而引起计算出的数据失准三、导航和定位：移动机器人常见的导航方式有磁导航、惯性导航、激光导航、味 觉导航、视觉导航、 GPS 导航、

5、陀螺导航、罗盘导航、光电编码器导 航等；导航和定位是确定机器人在多维工作环境中相对于全局坐标的 位姿，是移动机器人最基本环节。 定位方法根据机器人工作环境复杂 性、配备传感器的种类和数量等，有多种不同方法。主要有：惯性定 位、陆标定位和声音定位。GPS,多普勒及声纳导航需要向外界发送信号的缺点，可以选择 捷联惯导。捷联惯导组成：三轴加速度计、三轴陀螺组成，可分别测量线加 速度、角速率；优点：用积分法实现运载体位置和动态实时更新，是一种成熟的导航技术。其不依赖外部信号，且基本不受外界干扰，完全实现自主 导航，可以选择它作为导航系统的主要部分。缺点：捷联惯导的误差随时间积累的特点 ，输出的数据在精

6、度上 满足不了实际应用中长时间定位的要求，需要选用其他误差不随时间 累计的传感器来对捷联惯导系统作实时修正。综上所述，确定了水下自主导航系统的总体设计框图，见下图/ 却匕 I""a 2-1水下自主导短系统总体设计極圄Fig, 2-1 Overview Diagram of AUV Navigation System四、路径规划：路径规划包括两个子问题：环境建模和路径搜索。路径规划可以分为全局路径规划和局部路径规划。 路径规划的方 法主要有：人工势场法(Artificial Potential FieldApproaches) 模糊逻辑算法 (Fuzzy Logic Algorithms) 、遗传算法 (Genetic Algorithms) 以及神经网络算法 (Neural Network Algorithms) 等。五、常用的环境地图描述方法大致可以分为以下几类：栅格地图 (grid-basedmap) 、特征地图 (g