水下机器人路径规划与轨迹跟踪控制研究的任务书.docx

水下机器人路径规划与轨迹跟踪控制研究的任务书
任务书
研究题目：水下机器人路径规划与轨迹跟踪控制
研究目的：
水下机器人在海洋资源开发、海洋环境监测和海底物探等领域有着广泛的应用。而在这些应用场景中，水下机器人需要完成复杂的任务，例如搜寻和探测目标、回收海洋垃圾等，因此需要具有良好的路径规划与轨迹跟踪控制能力。本次研究旨在研究水下机器人路径规划与轨迹跟踪控制方法，提高水下机器人的自主导航能力和任务完成效率，为海洋资源开发、环境监测等相关领域提供技术支持。
研究内容：
1.水下机器人路径规划方法研究
（1）研究水下机器人的运动及控制模型，建立运动学和动力学模型；
（2）研究水下机器人的环境感知技术和地图构建技术，建立环境模型；
（3）研究水下机器人路径规划算法，结合环境模型、任务需求和机器人运动模型，制定路径规划方案。
2.水下机器人轨迹跟踪控制方法研究
（1）研究水下机器人的位置和姿态估计技术，获得实时的机器人姿态信息；
（2）研究水下机器人的控制方法，设计轨迹跟踪控制器；
（3）研究水下机器人的运动约束条件，优化控制器的性能。
3.系统实现与实验验证
（1）实现水下机器人路径规划和轨迹跟踪控制算法；
（2）设计实验验证方案，对研究结果进行实验验证。
研究意义：
本研究的意义在于提高水下机器人的自主导航能力和任务完成效率，为海洋资源开发、环境监测等领域提供技术支持。另外，本研究可以促进水下机器人领域的技术发展，有利于推动我国在海洋科技领域的发展。
研究进度及计划：
（1）前期调研和研究水下机器人的运动及控制模型，建立运动学和动力学模型，预计3个月完成。
（2）研究水下机器人的环境感知技术和地图构建技术，建立环境模型，预计3个月完成。
（3）研究水下机器人路径规划算法和轨迹跟踪控制方法，制定路径规划方案和设计轨迹跟踪控制器，预计6个月完成。
（4）实现水下机器人路径规划和轨迹跟踪控制算法，设计实验验证方案，并对研究结果进行实验验证，预计4个月完成。
（5）撰写研究报告和论文，预计2个月完成。
研究成果：
（1）设计出适用于水下机器人的路径规划算法和轨迹跟踪控制器；
（2）实现了路径规划和轨迹跟踪控制算法，并进行了实验验证；
（3）撰写研究报告和论文，发表相关学术论文。
参考文献：
[1]刘曲，朱珂，徐伟，等.水下机器人路径规划算法研究[J].河海大学学报(自然科学版),2016,44(2):119-125.
[2]曹舟，张阳，欧阳波.水下机器人轨迹跟踪控制研究[J].计算机技术与发展,2018(11):102-104.
[3]ShuoWang,JuanjuanZhao,AhmedAli,etal.PathplanningofunderwatervehiclebasedonartificialpotentialfieldandimprovedPSOalgorithm[J].IEEEAccess,2020,8:156187-156198.