基于多傳感器融合的水下機器人定位與路徑規(guī)劃研究.pdf

1、水下機器人是人類認識海洋、開發(fā)海洋和利用海洋的主要工具，未來的一個重要發(fā)展方向是實現(xiàn)多水下機器人的信息交互和自主協(xié)同作業(yè)，克服載人深潛器工作時間短、工作范圍小的缺點。為此，本文對具有控制、通信、定位等功能的水下機器人實驗平臺系統(tǒng)進行了設(shè)計，并對實驗系統(tǒng)中水下機器人的定位精度和路徑規(guī)劃進行了研究，主要研究工作如下：
　　首先，設(shè)計了具有無線通信功能的水下機器人實驗平臺系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要包括以下兩部分：(1)基于STM32F4核心板輔助

2、無線通信模塊、深度計、姿態(tài)傳感器以及三螺旋槳等的小型AUV水下機器人的設(shè)計；(2)基于CamShift目標(biāo)跟蹤的視覺全局定位算法的設(shè)計。該實驗平臺系統(tǒng)初步具備了全局視覺的水平定位、姿態(tài)獲取、運動軌跡顯示、水下機器人與上位機的信息交互等基本功能。
　　其次，考慮水下復(fù)雜的環(huán)境對姿態(tài)角的穩(wěn)定和精度要求較高，設(shè)計了水下機器人多傳感器融合的姿態(tài)解算方法。算法以磁力計HMC5883L和慣性傳感器MPU6050為解算原件，利用梯度下降法和四元

3、數(shù)龍格庫塔法獲取兩組互補的四元數(shù)；進一步利用自適應(yīng)Kalman濾波修正磁力計和加速度計的四元數(shù)以及陀螺儀偏差，并通過兩個模糊控制塊對觀測噪聲進行估計和調(diào)節(jié)，從而得到高精度且穩(wěn)定的姿態(tài)角。
　　最后，針對路徑規(guī)劃中蟻群算法初期收斂性慢以及極易局部最優(yōu)的問題，提出了改進的蟻群算法。首先利用人工勢場法中的人工勢場力以及啟發(fā)信息，改善蟻群算法初期的隨機性和盲目性；然后利用蟻群算法全局搜索機制以及極佳的正反饋作用，提高算法的收斂性，引導(dǎo)水下