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无人水面艇控制系统设计及路径规划技术研究
| 论文题名： | 无人水面艇控制系统设计及路径规划技术研究 |
| 关键词： | 无人水面艇;控制系统;架构设计;路径规划;快速行进法 |
| 摘要： | 随着当今科学技术的飞速进步，无人水面艇正在朝着高速化、模块化、智能化的方向发展，其不仅广泛应用于水文气象探测、环境监测、地质测量、海上救援领域，更在武器投射、扫雷、侦查等水面作战领域和极端环境的科学考察领域占有一席之地。对此，本文设计与研制了一套无人水面艇系统，并在松花江中进行了无人水面艇的相关实验，且对路径规划技术进行了研究，具体研究内容如下: 设计与研制了一套具有船载端人工操纵航行和岸基端远程遥控航行两种操控模式的无人水面艇系统。船载端与岸基操控中心通过WIFI模块进行控制及状态信息的传输，通过网桥模块进行实时视频传输，并用以STM32F429IGT6微控制单元为核心的船外机控制器来实现对船外机点火、风门、挡位、油门、转向的操作，通过岸基操控中心的显示与控制界面与电子地图显示界面实现对无人水面艇的控制及其状态的监控。且在松花江中进行了无人水面艇的控制功能实验、操控模式实验、最小转弯半径测量实验、航迹对比实验、通讯距离测量实验等。 针对人工势场法存在的局部最小值及目标点不可达的局限，采用了同样通过建立势场的快速行进法来进行路径规划技术的研究。通过与人工势场法的仿真对比实验，验证了快速行进法不会出现局部最小值及目标点不可达的情况。同时对于无人水面艇靠近障碍物航行存在一定碰撞风险的问题，通过引入安全势场并将势场叠加的方法，可根据不同情况生成适合无人水面艇航行的安全的平滑无碰路径。然后利用外场实验所得相关数据，建立无人水面艇的引导模型，完成无人水面艇局部静态障碍物避碰研究，且所得避碰路径符合国际海洋避碰规则。最后，通过对环境信息中存在的不同形状和不同个数的障碍物进行路径仿真对比实验，验证了叠加势场的快速行进法在简单及复杂的环境信息下都具有良好的路径规划能力，并通过无人水面艇的航迹对比实验验证所得路径适合无人水面艇航行。 |
| 作者： | 崔炳辉 |
| 专业： | 机械工程 |
| 导师： | 薛开 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工程大学 |
| 学位年度： | 2019 |
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