[發(fā)明專利]一種浮游滾進底棲型潛水器控制系統(tǒng)

有效

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• 申請日: 2017-12-11
• 公開（公告）號: CN108037766B
• 公開（公告）日: 2021-04-09
• 發(fā)明（設計）人: 徐鵬飛;程紅霞;丁延旭;程文斌;沈雅琳;劉星璐;王曉
• 申請（專利權(quán)）人: 河海大學
• 主分類號: G05D1/10
• 分類號: G05D1/10;G06Q10/04
• 代理公司: 南京縱橫知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 32224
• 代理人: 董建林

1.一種浮游滾進底棲型潛水器控制系統(tǒng)，其特征在于：包括水面規(guī)劃平臺和能夠與所述水面規(guī)劃平臺進行無線通信的水下控制平臺；

所述水面規(guī)劃平臺包括：

主控模塊，根據(jù)外部指令以輸出相應的控制信號分別控制所述水面規(guī)劃平臺和所述水下控制平臺；

任務規(guī)劃模塊，根據(jù)控制信號輸出任務規(guī)劃；

全局路徑規(guī)劃模塊，根據(jù)任務規(guī)劃輸出全局最優(yōu)路徑；以及

全局數(shù)據(jù)庫模塊，向所述水面規(guī)劃平臺的運行提供信息；

所述水下控制平臺包括：

局部路徑規(guī)劃模塊，根據(jù)全局最優(yōu)路徑或重規(guī)劃信號輸出優(yōu)化后的局部路徑；

根據(jù)實時感知的環(huán)境信息，規(guī)劃局部避障路徑，生成潛水器可執(zhí)行的行為/動作集；根據(jù)潛水器實時感知的地形信息和海流信息，采用分層式局部環(huán)境建模方法對局部環(huán)境進行二次精確建模；基于海圖構(gòu)建的環(huán)境地圖作為潛水器對環(huán)境的總體認知層，采用多分辨率表示總體環(huán)境地圖，并描述環(huán)境柵格中的海流特性，采用數(shù)字高程模型描述環(huán)境區(qū)域空間的地形，構(gòu)建面向局部路徑規(guī)劃的局部三維環(huán)境模型；增加海床表面介質(zhì)特性描述層，以計算局部路徑的代價；隨著傳感器對環(huán)境的不斷感知，實時更新局部環(huán)境地圖；

結(jié)合潛水器運行狀態(tài)，實時識別觸發(fā)運動模式切換事件，通過實時局部路徑規(guī)劃，調(diào)整運動模式，對突發(fā)情況進行處理；分析潛水器復雜運動約束條件，基于潛水器動力學模型估計未來狀態(tài)分布，規(guī)劃潛水器局部避障路徑，基于局部規(guī)劃時間調(diào)配的方法，在局部規(guī)劃時間內(nèi)在線優(yōu)化局部路徑；

動作行為集合模塊，根據(jù)優(yōu)化后的局部路徑輸出控制信號給潛水器的執(zhí)行器；

局部數(shù)據(jù)庫模塊，向所述水下控制平臺的運行提供信息；

路徑規(guī)劃模式切換事件檢測模塊，接收所述局部路徑規(guī)劃任務模塊和所述局部數(shù)據(jù)庫模塊發(fā)出的潛水器狀態(tài)信息以及環(huán)境監(jiān)測信息進行事件檢測并輸出檢測結(jié)果信號；

路徑規(guī)劃模式切換事件識別模塊，根據(jù)檢測結(jié)果信號輸出觸發(fā)事件；

重規(guī)劃觸發(fā)模塊，根據(jù)觸發(fā)事件輸出重規(guī)劃信號；以及

實時局部環(huán)境感知模塊，用于實時接收傳感器的檢測數(shù)據(jù)并傳輸給所述局部數(shù)據(jù)庫模塊。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種浮游滾進底棲型潛水器控制系統(tǒng)，其特征在于：所述全局數(shù)據(jù)庫模塊包括：規(guī)劃知識數(shù)據(jù)庫、任務表示數(shù)據(jù)庫、全局海流信息數(shù)據(jù)庫和電子海圖數(shù)據(jù)庫。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種浮游滾進底棲型潛水器控制系統(tǒng)，其特征在于：所述局部數(shù)據(jù)庫模塊包括：路徑規(guī)劃模式切換事件模型數(shù)據(jù)庫和局部環(huán)境信息數(shù)據(jù)庫。

4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種浮游滾進底棲型潛水器控制系統(tǒng)，其特征在于：所述主控模塊包括：

水面控制模塊，根據(jù)外部指令控制所述水面規(guī)劃平臺，和

水下控制模塊，根據(jù)外部指令控制所述水下控制平臺。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種浮游滾進底棲型潛水器控制系統(tǒng)，其特征在于：所述任務規(guī)劃模塊包括：任務分解模塊、任務調(diào)度模塊、子任務規(guī)劃模塊和任務約束分析模塊；

所述任務分解模塊將包含全局任務的控制信號分解為若干子任務，

所述任務調(diào)度模塊接受子任務并輸出調(diào)度結(jié)果，

所述子任務規(guī)劃模塊根據(jù)調(diào)度結(jié)果輸出具體任務規(guī)劃，

所述任務約束分析模塊根據(jù)具體任務規(guī)劃進行可執(zhí)行性和約束條件分析并輸出分析結(jié)果。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種浮游滾進底棲型潛水器控制系統(tǒng)，其特征在于：所述全局路徑規(guī)劃模塊包括：海底環(huán)境建模模塊、全局優(yōu)化目標確立模塊和多約束目標全局路徑優(yōu)化模塊。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種浮游滾進底棲型潛水器控制系統(tǒng)，其特征在于：所述路徑規(guī)劃模式切換事件檢測模塊包括任務檢測模塊、環(huán)境檢測模塊和狀態(tài)監(jiān)視模塊。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種浮游滾進底棲型潛水器控制系統(tǒng)，其特征在于：所述局部數(shù)據(jù)庫模塊和所述全局數(shù)據(jù)庫模塊建立交互連接。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種浮游滾進底棲型潛水器控制系統(tǒng)，其特征在于：所述全局路徑規(guī)劃模塊與所述任務規(guī)劃模塊建立交互連接。