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自主水下机器人深海热液羽流追踪仿真环境
  • ISSN号:1002-0446
  • 期刊名称:机器人
  • 时间:2012
  • 页码:159-169
  • 分类:TP24[自动化与计算机技术—控制科学与工程;自动化与计算机技术—检测技术与自动化装置]
  • 作者机构:[1]中国科学院沈阳自动化研究所机器人学国家重点实验室,辽宁沈阳110016, [2]中国科学院研究生院,北京100049
  • 相关基金:国家自然科学基金资助项目(61075085,41106085):机器人学国家重点实验室自主课题(2009-Z03).
  • 相关项目:自主水下机器人海底热液喷口自主探测研究
中文摘要:

提出用自主水下机器人(autonomousunderwatervehicle,AUV)基于仿生行为追踪深海热液羽流,进而快速、精确定位海底热液喷口;并针对AUV追踪深海热液羽流的仿生控制策略研究需要,设计、实现了一个计算机仿真环境.首先介绍了基于AUV的深海热液羽流追踪和该仿真环境的模块化构成,然后给出了仿真环境中的流场和羽流仿真模块所采用的仿真模型及其高效的数值求解算法,和为便于蒙特卡洛仿真而设置的一组随机初始条件和边界条件,以及介绍了控制系统仿真模块采用的一种基于行为的模块化的AUV控制系统体系结构.该仿真环境体现了AUV追踪热液羽流的仿生控制策略研究的问题复杂性因素,包括流场非均匀和非定常,羽流分布不规则、不连续、空间尺度大,羽流轴线弯曲,以及羽流含有浮力上升部分和包含非守恒示踪物质,并且具有较好的可视化效果.同时,该仿真环境具有较高的计算效率,适合于实时仿真和蒙特卡洛仿真研究.分析和演示表明,该仿真环境满足研究需要,为AUV追踪深海热液羽流的仿生控制策略研究提供了有力的支持.

英文摘要:

For using an autonomous underwater vehicle (AUV) to localize seafloor hydrothermal vents fast and accurately, a biomimetic approach to hydrothermal plume tracing is proposed. And to support the investigation of AUV's biologicallyinspired control strategies, a graphical simulation environment is designed and developed. In this paper, hydrotherrnal plume tracing with AUVs and the modular architecture of the simulation environment are firstly introduced and described. Then, the modules of hydrothermal plume and flow field in simulation environment are modeled, and the efficient numerical solution algorithms are given. To facilitate Monte Carlo simulation, a set of stochastic initial and boundary conditions are set. And the modular behavior-based AUV control system architecture employed in the control system module is mainly described. The simulation environment addresses the key factors that complicate the investigation of AUV's biologically-inspired con- trol strategies for the hydrothermal plume tracing, including the current field being non-uniform and non-steady, the plume distribution being irregular, intermittent and of large scale, the plume centreline being meandrous, and the plume contain- ing buoyant part and nonconservative tracer. In addition, this simulation environment achieves good visual effect and high computational efficiency, which allows it to be suitable for real-time simulation and Monte Carlo simulation studies. The presented simulation environment provides sufficient support for the investigation of AUV's biologically-inspired control strategies for hydrothermal plume tracing.

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期刊信息
  • 《机器人》
  • 中国科技核心期刊
  • 主管单位:中国科学院
  • 主办单位:中国自动化学会 中国科学院沈阳自动化研究所
  • 主编:王越超
  • 地址:沈阳市南塔街114号
  • 邮编:110016
  • 邮箱:jqr@sia.ac.cn
  • 电话:024-23970050
  • 国际标准刊号:ISSN:1002-0446
  • 国内统一刊号:ISSN:21-1137/TP
  • 邮发代号:
  • 获奖情况:
  • 中文核心期刊(2000年)
  • 国内外数据库收录:
  • 荷兰文摘与引文数据库,美国工程索引,美国剑桥科学文摘,英国科学文摘数据库,日本日本科学技术振兴机构数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版),中国北大核心期刊(2000版)
  • 被引量:11997