弱通信条件下的多水下机器人协调方法研究

摘要

多水下机器人协调方法研究在水下机器人研究领域是备受瞩目的课题之一，受到国内外学者的广泛关注。编队控制问题是指多机器人系统在未知环境中以期望编队队形、期望速度运动。该问题是多水下机器人协调中的一个代表性问题，普遍被应用于未知环境探测、海洋技术研究和军事技术研发等领域。协调与通信是多水下机器人系统合作问题所需研究的核心问题。水声通信固有的通信延时、通信失效以及通信误码等不利特性给实现多水下机器人协调控制带来很大的挑战。
　　 本文首先介绍了多水下机器人系统的体系结构及协调技术研究现状。设计了能够对复杂环境做出快速反应的混合分层式体系结构。还介绍了弱通信系统的通信特点及机器人感知模型。
　　 然后详细研究了弱通信条件下多水下机器人编队系统的编队控制问题，本文深入研究了一致性算法，并对本文设计的一致性算法进行了一致性分析，设计了将一致性算法应用于编队控制的一致性编队控制方法。在一致性编队控制方法分析结果基础上，研究合理的组织结构和组织策略保持编队的组织性、设计合理的通信协调策略和编队协调控制策略减少弱通信系统特性对编队任务带来的不利影响，使多水下机器人编队系统能够更加灵活、可靠地完成完成编队任务。
　　 最后，进行了实验研究。本文分别在实验室环境中和MoblieSim虚拟仿真平台上使用实体机器人和虚拟机器人实现了多水下机器人编队控制仿真，并对实验结果进行了评估与分析，验证了本文采用编队协调方法在弱通信条件下的有效性。