發(fā)布時(shí)間：2017-09-28 17:01

  本文關(guān)鍵詞：基于MOOS的自主式水下機(jī)器人軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

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【摘要】：近幾十年來,自主式水下機(jī)器人(Autonomous Underwater Vehicle)技術(shù)得到了長(zhǎng)足的發(fā)展,它在海洋資源勘察、海洋水文環(huán)境監(jiān)測(cè)、海底工程輔助建設(shè)、海產(chǎn)品養(yǎng)殖以及海洋軍事防御等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景�，F(xiàn)在AUV逐漸走向大尺度的遠(yuǎn)洋海域,水文環(huán)境越發(fā)復(fù)雜,這對(duì)AUV的軟件控制系統(tǒng)提出了更高的要求。水下機(jī)器人的軟件控制系統(tǒng)是水下機(jī)器人完成任務(wù)的關(guān)鍵環(huán)節(jié),目前國內(nèi)外專用于水下機(jī)器人的軟件系統(tǒng)平臺(tái)主要有Player2.0、MOOS、CARMEN、JAUS、ROS、 RDS、LCM等。其中MOOS是采用分布式、模塊化的設(shè)計(jì)思想,解決了傳統(tǒng)軟件系統(tǒng)獨(dú)立性差、耦合性強(qiáng)的缺點(diǎn)。同時(shí)模塊化的設(shè)計(jì)方案,使MOOS平臺(tái)具有統(tǒng)一的軟件接口標(biāo)準(zhǔn),易于二次開發(fā)和應(yīng)用擴(kuò)展。本文旨在提出一套專用于AUV的軟件控制系統(tǒng),并對(duì)該軟件進(jìn)行獨(dú)立子系統(tǒng)設(shè)計(jì)和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的驗(yàn)證研究。該系統(tǒng)基于MOOS平臺(tái)搭建,同時(shí)將基于MOOS的軟件系統(tǒng)分為四層設(shè)計(jì)：使命層、決策規(guī)劃層、控制層、執(zhí)行層。在軟件系統(tǒng)分層設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上,建立了AUV的體系結(jié)構(gòu)、硬件系統(tǒng)和軟件控制系統(tǒng)。論文介紹MOOS平臺(tái)及其消息通信機(jī)制,并在信息傳遞服務(wù)器(MOOSDB)的平臺(tái)上設(shè)計(jì)搭建AUV的軟件系統(tǒng)。同時(shí)論文重點(diǎn)介紹了AUV的通信系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、岸基控制平臺(tái)和運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng),在多傳感器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中,詳細(xì)的介紹了MOOS客戶端程序的開發(fā)流程。論文中應(yīng)用到多線程技術(shù)、串口通信技術(shù)、Socket通信技術(shù)、銥星通信技術(shù)、PID控制算法來提高軟件系統(tǒng)的穩(wěn)定性和精準(zhǔn)度。該套水下機(jī)器人平臺(tái)系統(tǒng),可根據(jù)任務(wù)需求搭載不同的傳感器模塊,并采用統(tǒng)一的軟件接口實(shí)現(xiàn)快速封裝,具有一定的通用性。
【關(guān)鍵詞】：自主式水下機(jī)器人 分布式體系結(jié)構(gòu) MOOS平臺(tái) 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)
【學(xué)位授予單位】：中國海洋大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TP242
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 1 緒論10-20
• 1.1 水下機(jī)器人國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀10-14
• 1.2 水下機(jī)器人軟件系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀14-16
• 1.3 水下機(jī)器人未來的發(fā)展趨勢(shì)16-17
• 1.4 課題來源和主要工作17-20
• 2 自主式水下機(jī)器人體系結(jié)構(gòu)20-30
• 2.1 水下機(jī)器人體系結(jié)構(gòu)發(fā)展現(xiàn)狀20-23
• 2.2 水下機(jī)器人平臺(tái)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)23-26
• 2.3 水下機(jī)器人硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)26-27
• 2.4 水下機(jī)器人軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)27-29
• 2.5 本章小結(jié)29-30
• 3 基于MOOS的軟件系統(tǒng)架構(gòu)30-40
• 3.1 MOOS的背景30-31
• 3.2 MOOS體系結(jié)構(gòu)及通信機(jī)制31-36
• 3.2.1 MOOS體系結(jié)構(gòu)31-33
• 3.2.2 MOOS消息分發(fā)機(jī)制的實(shí)現(xiàn)33-36
• 3.2.3 MOOS通信機(jī)制優(yōu)缺點(diǎn)36
• 3.3 基于MOOS平臺(tái)AUV軟件系統(tǒng)的架構(gòu)模型36-39
• 3.4 本章小結(jié)39-40
• 4 AUV通信系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)40-62
• 4.1 AUV軟件系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)40-42
• 4.2 AUV艙內(nèi)通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)42-49
• 4.2.1 串口通信模塊的設(shè)計(jì)43-46
• 4.2.2 基于Socket的快速以太網(wǎng)模塊的設(shè)計(jì)46-47
• 4.2.3 CAN總線通信模塊的設(shè)計(jì)47-49
• 4.3 AUV艙外通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)49-55
• 4.3.1 銥星通信模塊的設(shè)計(jì)50-53
• 4.3.2 無線電臺(tái)模塊的設(shè)計(jì)53-54
• 4.3.3 水聲通信模塊的設(shè)計(jì)54-55
• 4.4 AUV數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)55-60
• 4.4.1 基于MOOS的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)55
• 4.4.2 多線程技術(shù)在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中的應(yīng)用55-57
• 4.4.3 基于MOOS的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)過程57-60
• 4.5 本章小結(jié)60-62
• 5 AUV控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)62-70
• 5.1 AUV的岸基控制系統(tǒng)62-64
• 5.1.1 岸基控制系統(tǒng)的工作機(jī)制62-63
• 5.1.2 AUV人機(jī)交互界面的設(shè)計(jì)63-64
• 5.2 AUV的PID控制模塊64-68
• 5.2.1 PID分布式控制模型64-65
• 5.2.2 PID控制在AUV中的應(yīng)用65-68
• 5.3 AUV軟件系統(tǒng)其它模塊68
• 5.4 本章小結(jié)68-70
• 6 總結(jié)展望70-72
• 參考文獻(xiàn)72-76
• 致謝76-77
• 個(gè)人簡(jiǎn)歷77-78
• 攻讀碩士期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文與研究成果78

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