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內容簡介

　　本書主要由5部分內容所組成：①對海底環(huán)境，建立一種針對不同類底質的環(huán)境建模方法；②通過幾種具體算法的融合以及問題的轉換，提出一種海底礦區(qū)大尺度遍歷路徑規(guī)劃方法；③提出基于改進蟻群算法的采礦機器人靜態(tài)路徑規(guī)劃方法，為采集路線在小范圍的具體化提出實現(xiàn)方案；④提出了基于改進滾動窗口法的采礦機器人動態(tài)路徑規(guī)劃方法，通過證明算法的收斂性和全局次優(yōu)性，證明水下大范圍路徑規(guī)劃是可行的；⑤對采礦機器人在線路徑規(guī)劃系統(tǒng)進行實車實驗，通過實驗過程及結果分析，證明該系統(tǒng)是可行的。本書可以作為機器人控制、水下資源采集與開發(fā)、海洋工程等相關專業(yè)的教師及研究人員參考。

作者簡介

　　史春雪，長沙學院，講師，主要研究方向為“海底采礦模型機控制及鈷結殼識別機理” ，發(fā)表學術論文6篇。曾參與國務院大洋專項課題——“鈷結殼采集模型機關鍵技術及關鍵裝備研究”（DY105-03-02-1）；參與國家自然科學基金——“深海鈷結殼微地形監(jiān)測技術及采集深度建模研究”（50474052）；作為項目負責人，主持在研項目長沙市引進人才基金一項（60800-912149）；主持長沙市科技計劃項目一項（K1309026-11）；主持湖南省科技計劃項目一項（2014SK3200）；主持湖南省教育廳科學研究項目一項。獲得省級賽課比賽三等獎一項；校級賽課比賽獎勵兩項；主持校級教改課題一項；并且為校級優(yōu) 秀課程《材料力學》的課程負責人；指導學生創(chuàng)新性研究課題校級項目1項。

圖書目錄

第1章概述1
1.1本書背景與意義1
1.1.1本書研究的背景1
1.1.2本書研究的意義2
1.2水下機器人路徑規(guī)劃的特點及要求3
1.2.1水下采礦區(qū)地形的特殊性3
1.2.2我國調查區(qū)內地形特點5
1.2.3水下機器人路徑規(guī)劃的類型及特點6
1.2.4水下機器人路徑規(guī)劃的要求6
1.3國內外路徑規(guī)劃技術的研究現(xiàn)狀7
1.3.1環(huán)境建模技術研究進展7
1.3.2遍歷路徑規(guī)劃技術的研究進展9
1.3.3全局靜態(tài)規(guī)劃技術的研究進展11
1.3.4動態(tài)路徑規(guī)劃技術的研究進展13
1.4本書的主要研究內容和技術路線15
1.4.1本書主要研究內容15
1.4.2本書技術路線16
第2章水下鈷結殼礦區(qū)環(huán)境建模研究18
2.1引言18
2.2水下DEM模型的表達19
2.2.1水下DEM模型19
2.2.2DEM模型的柵格化21
2.3地形幾何特征提取22
2.3.1地形坡度的提取22
2.3.2地形起伏度的提取23
2.3.3地形粗糙度的提取24
2.3.4DEM的混合屬性表達25
2.4地形通行性評估26
2.4.1鈷結殼底質地形通行性評估27
2.4.2基巖底質地形通行性評估31
2.4.3水下泥沙礫底質地形通行性評估32
2.5水下采礦區(qū)環(huán)境建模33
2.5.1通行代價函數(shù)的設置33
2.5.2不同區(qū)域的劃分34
2.5.3水下鈷結殼采礦區(qū)環(huán)境建模算法35
2.5.4柵格尺度的選擇35
2.6仿真及實驗研究36
2.6.1含底質類DEM數(shù)據(jù)的獲取36
2.6.2環(huán)境建模實驗38
2.7本章小結41
第3章水下礦區(qū)大尺度遍歷路徑規(guī)劃研究42
3.1引言42
3.2遍歷采集性能評價及相關定義42
3.2.1機器人遍歷路徑規(guī)劃的性能評價42
3.2.2機器人遍歷路徑規(guī)劃的相關描述44
3.3可采子域內部行走方式研究45
3.3.1現(xiàn)有子區(qū)域內部行走方式45
3.3.2機器人子區(qū)域內行走方式的確定47
3.4可采子域劃分方式研究48
3.4.1現(xiàn)有子區(qū)域劃分方式48
3.4.2水下礦區(qū)子區(qū)域的劃分48
3.5可采子域連接方式研究51
3.5.1蟻群算法的TSP問題模型52
3.5.2可采子域綜合連通距離矩陣的求取53
3.5.3可采子域連接的蟻群算法59
3.5.4局部最優(yōu)路徑的求取60
3.6水下礦區(qū)遍歷路徑規(guī)劃算法研究60
3.6.1算法相關定義60
3.6.2算法步驟61
3.6.3算法流程62
3.7仿真實驗63
3.7.1仿真實驗163
3.7.2仿真實驗265
3.8本章小結67
第4章基于改進蟻群算法的機器人靜態(tài)路徑規(guī)劃研究69
4.1引言69
4.2完全遍歷路徑的組成69
4.3水下機器人靜態(tài)路徑規(guī)劃的改進蟻群算法70
4.3.1蟻群算法的改進71
4.3.2環(huán)境模型的膨化75
4.3.3問題描述及相關定義76
4.3.4靜態(tài)路徑規(guī)劃的改進蟻群算法步驟78
4.3.5算法收斂性分析80
4.4基于改進蟻群算法的機器人連接路徑規(guī)劃85
4.4.1啟發(fā)函數(shù)設計86
4.4.2適應度函數(shù)設計86
4.4.3仿真實驗87
4.5基于改進蟻群算法的機器人采集路徑規(guī)劃90
4.5.1啟發(fā)函數(shù)設計91
4.5.2適應度函數(shù)設計92
4.5.3仿真實驗92
4.6本章小結95
第5章基于改進滾動窗口法的機器人動態(tài)路徑規(guī)劃研究96
5.1引言96
5.2水下機器人動態(tài)路徑規(guī)劃的改進滾動窗口法96
5.2.1問題描述及相關定義97
5.2.2算法步驟100
5.2.3子目標點的選取方法102
5.3算法收斂性分析104
5.4算法優(yōu)化性能分析106
5.4.1滾動規(guī)劃優(yōu)化性能分析106
5.4.2行走優(yōu)化系數(shù)γ的優(yōu)化性能分析110
5.5仿真分析111
5.5.1行走優(yōu)化系數(shù)γ的優(yōu)化性能仿真111
5.5.2算法可行性驗證仿真113
5.6本章小結117
第6章機器人在線路徑規(guī)劃系統(tǒng)實車實驗118
6.1引言118
6.2實車實驗118
6.2.1實驗目的118
6.2.2實驗環(huán)境118
6.2.3實驗硬軟件組成119
6.2.4實驗過程121
6.2.5實驗結果128
6.3本章小結129
第7章總結與展望130
7.1總結130
7.2展望131
參考文獻133