水下分散自重構機器人控制系統(tǒng)研究與軟件設計.pdf

1、水下分散自重構機器人是一種新的系統(tǒng)設計概念,它不同于常規(guī)水下機器人的集中式結構,系統(tǒng)由一定數(shù)量的少數(shù)幾類模塊組成,每個模塊都是具有一定的運動、作業(yè)和環(huán)境感知功能的智能體,模塊單元互聯(lián)成網(wǎng)絡共同實現(xiàn)總體功能,能根據(jù)環(huán)境和任務的具體要求進行構形變換,通過步態(tài)協(xié)調控制實現(xiàn)多種運動形式。
　　本文在前人研究的基礎上,對水下分散自重構機器人的模塊設計、控制系統(tǒng)設計、通信實現(xiàn)、構形變換、運動的協(xié)調與控制進行了深入的研究,并完善了其上層控制軟件

2、,實現(xiàn)了水下分自重構機器人運動控制功能。智能模塊是自重構系統(tǒng)的胞元,采用了結構化和模塊化的設計思想,增強了系統(tǒng)的可移植性和兼容性。論文在分析系統(tǒng)自重構原理的基礎上,詳細論述了模塊設計中的舵機結構設計、浮力調節(jié)裝置機械結構設計、對接裝置設計、光電引導系統(tǒng)設計、智能單元設計和傳感器原理與設計。運動控制單元采用了PID控制器的基本原理進行設計,并根據(jù)運動協(xié)調的基本特點,對水下自重構機器人的運動模式進行了研究?？刂撇呗允亲灾貥嫏C器人研究的一個重

3、要方面,現(xiàn)有的自重構機器人控制算法主要有分布式和集中式兩種。而Agent特有的自治性、協(xié)作性等為自重構機器人的控制策略提供了一種新的思路。因此,本文結合多Agent系統(tǒng)的控制原理,構造了基于多Agent的運動控制策略模型。該模型能夠將復雜任務分析構造成規(guī)模較小、相互協(xié)調、具有分布性的子任務,以降低計算量和求解的復雜性。運用CAN總線技術,實現(xiàn)了模塊的聯(lián)網(wǎng)控制。在考慮水下分散自重構機器人通信需求基礎上,設計了自重構系統(tǒng)的應用層通信協(xié)議。通

4、過報文濾波技術實現(xiàn)點對點與全局廣播兩種報文傳送方式。模塊不僅能夠進行消息的應答反饋,還能夠根據(jù)模塊自身的運動狀態(tài),主動向上位機反饋一些特點的信息。上層軟件是實現(xiàn)構形轉換和步態(tài)控制的工具,上層軟件通過CAN總線,與底層模塊的單片機進行實時數(shù)據(jù)交換,協(xié)調各模塊的運動,對模塊進行集中與統(tǒng)一控制。論文中,分析了上層軟件的技術需求,詳細論述了軟件的數(shù)據(jù)結構,軟件結構功能,以及系統(tǒng)構形轉換和步態(tài)控制的操作過程。然后,論文研究了水下分散自重構機器人構