1、水下自主機器人的總結水下自主機器人 AUV 的設計必須考慮水下特殊的環境。針對這 一特殊環境， 我們需要考慮不同的傳感器配置， 必須考慮水下壓力的 影響。由于 AUV 為無纜機器人，只能使用蓄電池，所以能源使用效 率也是一個值得注意的問題。 在這些硬件達到環境要求的基礎上需要 做好路徑規劃。我將各個方面的大概情況羅列如下：一、水下作業環境主要特點：1、耐壓問題：一些部件需要置于耐壓殼體之外，為保證這些部 件不受水的侵蝕和水壓作用，應采取壓力補償措施。2, 、水下照明問題：一定深度水下要求有足夠的照明。3、水對運動部件的阻力問題： 各運動部件會受到水阻力的影響。4、水下載體定位問題涉及兩個方面：

2、 一方面是大地坐標的確定， 另一方面是水下載體坐標系的確定。5、信號傳輸問題：聲音在水中的傳播速度遠低于光速真空，信 號傳輸時延較大，難以實時控制。激光通訊是一種有效地技術手段， 特別是藍綠激光在水中吸收最小，但藍綠激光體積過大、效率低、能 耗過大。6、密封問題7、能源問題： AUV 多用蓄電池，所以應注意能源使用效率。二、傳感器的選擇使用：為保證自主導航的準確， 通常需要采用多傳感器集成與信息融合 技術，以此來得到有關環境的可靠信息。 機器人自主導航的傳感器分為兩類：第一類是內部傳感器， 測量機器人自身在運動中的參數變化，如速度、加速度、位移、角度等，這類傳感器包括慣導、陀螺儀、速 度計、里

3、程計、編碼器、線加速度計、磁羅盤等。第二類是外部傳感 器，用于測量周圍環境信息，常用的包括激光雷達、毫米波雷達、聲 納、視覺相機、紅外掃描、結構光。對幾種常用的傳感器的優缺點做以分析：<1>慣性導航系統有如下主要優點：(1) 由于它是不依賴于任何外部信息，也不需要向外部 輻射能量，因此隱蔽性好，不受外界電磁干擾的影響；(2) 可全天候地工作于空中、地球表面乃至水下；(3) 能提供位移、速度、航向和姿態角數據，所產生的導 航信息連續性好而且噪聲低；(4) 數據更新率高、短期精度和穩定性好。其缺點是：(1) 由于導航信息是經過積分而產生， 誤差隨時間而增大， 長 期精度差；(2) 每次

4、使用之前需要較長的初始對準時間；(3) 設備的價格比較昂貴；(4) 不能給出時間信息；<2>聲納傳感器優點：(1) 信息處理簡單(2)價格低廉(3)利用聲波作為手段，被廣泛用作移動機器人測距傳感 器其缺點：(1)數據采集周期長(2) 數據的誤差較大<3>視覺傳感器優點：(1)技術成熟，可以獲取全面的環境特征信息 (2)在一定范圍內，數據準確率高 缺點：(1)受到光線的限制，適合的工作環境有限(2)測量距離有限(3) 移動太快會導致圖像模糊，進而引起計算出的數據失準三、導航和定位：移動機器人常見的導航方式有磁導航、慣性導航、激光導航、味 覺導航、視覺導航、 GPS 導航、

5、陀螺導航、羅盤導航、光電編碼器導 航等；導航和定位是確定機器人在多維工作環境中相對于全局坐標的 位姿，是移動機器人最基本環節。 定位方法根據機器人工作環境復雜 性、配備傳感器的種類和數量等，有多種不同方法。主要有：慣性定 位、陸標定位和聲音定位。GPS,多普勒及聲納導航需要向外界發送信號的缺點，可以選擇 捷聯慣導。捷聯慣導組成：三軸加速度計、三軸陀螺組成，可分別測量線加 速度、角速率；優點：用積分法實現運載體位置和動態實時更新，是一種成熟的導航技術。其不依賴外部信號，且基本不受外界干擾，完全實現自主 導航，可以選擇它作為導航系統的主要部分。缺點：捷聯慣導的誤差隨時間積累的特點 ，輸出的數據在精

6、度上 滿足不了實際應用中長時間定位的要求，需要選用其他誤差不隨時間 累計的傳感器來對捷聯慣導系統作實時修正。綜上所述，確定了水下自主導航系統的總體設計框圖，見下圖/ 卻匕 I""a 2-1水下自主導短系統總體設計極圄Fig, 2-1 Overview Diagram of AUV Navigation System四、路徑規劃：路徑規劃包括兩個子問題：環境建模和路徑搜索。路徑規劃可以分為全局路徑規劃和局部路徑規劃。 路徑規劃的方 法主要有：人工勢場法(Artificial Potential FieldApproaches) 模糊邏輯算法 (Fuzzy Logic Algorithms) 、遺傳算法 (Genetic Algorithms) 以及神經網絡算法 (Neural Network Algorithms) 等。五、常用的環境地圖描述方法大致可以分為以下幾類：柵格地圖 (grid-basedmap) 、特征地圖 (g