[發(fā)明專利]無人水下航行器群體任務協(xié)調(diào)系統(tǒng)及方法

有效

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• 申請日: 2014-07-10
• 公開（公告）號: CN104076800B
• 公開（公告）日: 2017-04-12
• 發(fā)明（設計）人: 王宏健;楊海智;么洪飛;呂洪莉
• 申請（專利權(quán)）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: G05B19/418
• 分類號: G05B19/418
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于無人水下航行器領(lǐng)域，尤其涉及一種無人水下航行器群體任務協(xié)調(diào)系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)

無人水下航行器(UUV)最早出現(xiàn)于20世紀60年代。最初主要用于進行深水勘探、沉船打撈、水下電纜鋪設及維修等民用領(lǐng)域。

無人水下航行器群體(UUVs)是指由多個無人水下航行器組成的一個群體，群體中的每個個體通過相互之間的協(xié)作共同完成特定的作業(yè)任務。UUVs可以勝任單個UUV無法完成的任務。UUVs中的不同個體可以搭載不同的探測設備，從而收集更多不同類型的探測數(shù)據(jù)，為完成包含不同類型子任務的任務提供更為完善的支持。其次，攜帶低精度探測設備的一組小型化、低造價UUVs憑借其空間分布上的優(yōu)勢，可以比攜帶高精度但卻極為昂貴探測設備的單個UUV更高效的完成任務。再次，由于UUVs自身存在的冗余特性，使得單個UUV的失效并不影響整個任務正常的實施，保證了任務完成的可靠性。故UUVs憑借其結(jié)構(gòu)上的特性，可以很大程度上提高工作效率并保證任務的完成。隨著技術(shù)的不斷進步，UUVs的研究逐漸被各國所重視，而UUV之間的任務協(xié)調(diào)更是UUVs研究領(lǐng)域的重要組成部分，通過UUV之間的任務協(xié)調(diào)，不僅能發(fā)揮個體UUV的最大效能，也能保證任務高效、順利的完成。該項技術(shù)的研究對于提高UUVs的智能化水平以及加速其在相關(guān)領(lǐng)域的應用中具有積極的理論意義和實用價值。

UUV的水下自主作業(yè)在某種程度上比無人機和無人車的自主作業(yè)更具有挑戰(zhàn)性。尤其是在水下通信受限的情況下，所以UUV之間的協(xié)同控制更為困難。在傳統(tǒng)的控制方式中，一般是在任務初始階段使用一個中央規(guī)劃器將任務分配給每個UUV，但是當出現(xiàn)由于外界環(huán)境或是UUV自身條件所致的任務執(zhí)行期間的失敗時，這種初始任務分配方式就變得不可用。因此，外界和自身狀態(tài)的變化制約著這種任務分配方式的有效性。另外當前的基于市場機制的任務協(xié)調(diào)機制不能很好的在任務執(zhí)行期間進行任務的重規(guī)劃、任務重分解、重調(diào)度以及任務執(zhí)行中的UUV的協(xié)調(diào)，并且對于單次規(guī)劃仍存在效率低，魯棒性差的問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種高效的、穩(wěn)定的并能對不可預見情況快速響應處理的無人水下航行器群體任務協(xié)調(diào)系統(tǒng)，本發(fā)明的目的還包括提供一種能夠動態(tài)實現(xiàn)實時任務規(guī)劃的無人水下航行器群體任務協(xié)調(diào)方法。

本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：

無人水下航行器群體任務協(xié)調(diào)系統(tǒng)，包括傳感器模塊、全局狀態(tài)模塊、任務協(xié)調(diào)模塊和UUV執(zhí)行器，

傳感器模塊用于采集環(huán)境信息、UUV自身狀態(tài)信息并接收其他UUV發(fā)送的信息；

全局狀態(tài)模塊包括更新單元、UUV描述單元、任務描述單元，更新單元用于分析采集環(huán)境信息、UUV自身狀態(tài)信息并接收其他UUV發(fā)送的信息，UUV描述單元進行UUV狀態(tài)的更新，任務描述單元進行任務狀態(tài)的更新；

任務協(xié)調(diào)模塊包括不可預見情況和沖突單元、動態(tài)任務規(guī)劃單元、任務分配單元、組合體維護單元、執(zhí)行單元，不可預見情況和沖突單元進行不可預見情況和沖突情況的檢測與處理，當出現(xiàn)不可預見情況和沖突情況時，廣播檢測到的信息并使用預置的措施進行處理；動態(tài)任務規(guī)劃單元對所有未完成任務進行重新規(guī)劃并劃分子任務；任務分配單元從子任務中選擇一個候選任務，對候選任務執(zhí)行拍賣，根據(jù)其他UUV向任務分配單元發(fā)送競拍信息將子任務進行分配；組合體維護單元用于對組合體成員的更新；執(zhí)行單元驅(qū)動UUV執(zhí)行器運行任務。

本發(fā)明無人水下航行器群體任務協(xié)調(diào)方法，傳感器模塊采集環(huán)境信息、UUV自身狀態(tài)信息并接收其他UUV發(fā)送的信息，傳送給更新單元；

更新單元分析接收的信息后將結(jié)果傳送給UUV描述單元和任務描述單元；

UUV描述單元根據(jù)接收的信息進行UUV狀態(tài)的更新，將更新后的UUV狀態(tài)信息分別傳送給動態(tài)任務規(guī)劃單元、不可預見情況和沖突單元；

任務描述單元根據(jù)接收的信息進行任務狀態(tài)的更新，將更新后的任務狀態(tài)信息分別傳送給動態(tài)任務規(guī)劃單元、不可預見情況和沖突單元；

不可預見情況和沖突單元接收UUV狀態(tài)信息、任務狀態(tài)信息和其他UUV發(fā)送的信息，執(zhí)行不可預見情況和沖突的檢測，當檢測到不可預見情況和沖突時，廣播警告信息并使用預置的預防措施進行處理；

動態(tài)任務規(guī)劃單元根據(jù)接收的UUV狀態(tài)信息、任務狀態(tài)信息，通過構(gòu)建未完成任務優(yōu)先隊列執(zhí)行任務規(guī)劃，并劃分子任務，將結(jié)果傳送給任務分配單元；