海洋探测机器人系统模块设计与路径规划研究pdf

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  海洋环境资源智能监测技术是海洋环境资源开发的重要组成部分和主要发展趋势，是实现海洋环境实时监测、资源探测、海洋灾害预警和防治等的重要手段，对于国民经济、国防安全具备极其重大的意义。本文致力于研究一种小型的智能化的海洋探测机器人，包括机器人的系统模块设计及其路径规划研究。 首先，论文分析了国内外海洋环境探测机器人的现状和发展的新趋势，提出了该机器人的设计思路。本系统采用ARM9嵌入式微处理器，装载嵌入式Linux操作系统。总系统可以分为四大模块：GPS模块，传感器模块，图像采集模块，GPRS模块。GPS模块完成机器人的位置探测；传感器模块通过声纳探测障碍物信息，用来实现自主避障；图像采集模块采集海洋环境信息；GPRS模块将机器人采集到的信息无线传输到主机端，用于进一步的分析。 其次，概括介绍了机器人路径规划的方法，包括全局路径规划方法：人工势场法，栅格法，拓扑法，可视图法，自由空间法，以及局部路径规划方法：神经网络法，模糊逻辑算法，遗传算法等。分析了这些算法的特点以及缺陷。 再次，结合该水面机器人的特点给出了基于声纳的避障方法。介绍了声纳传感器的布置方法，声纳坐标系的建立，以及声纳坐标系与固定坐标系的转换关系；介绍了前面和侧面障碍物的避障方法，以及安全避障距离的确定方法；引入两个目标探测函数，从而确定在避障方式下的机器人运动方向。 最后，论文介绍了基于改进人工势场法的路径规划。介绍了人工势场法的基础原理。将原始人工势场法引入到水面机器人的路径规划中，在考虑水流作用的情况下分析机器人受力，建立新的人工势场模型，并进行仿真实验。多次仿真实验验证了算法的有效性，同时发现了不足。在此基础上改进原有算法，引入了新的斥力场函数，并通过仿真实验证明了改进算法有效，从而解决了目标点与障碍物过近时机器人无法到达目标点的问题。

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