Планирование и реализация траекторий движения автономного подводного робота при выполнении мониторинга в акваториях различных типов

Автор: Инзарцев А.В., Багницкий А.В.

Журнал: Подводные исследования и робототехника @jmtp-febras

Рубрика: Модели, алгоритмы и программные средства

Статья в выпуске: 2 (22), 2016 года.

Бесплатный доступ

Малогабаритные автономные подводные аппараты-роботы (АПР) используются для выполнения мониторинга водной среды и донной поверхности в акваториях различных типов. При выполнении таких работ необходимо решать взаимосвязанные задачи по предварительному планированию траектории движения АПР в двумерных районах произвольной формы, а также действиях робота при встрече с неучтенными препятствиями (естественного или искусственного происхождения). В последнем случае речь идёт об организации обхода препятствия или перепланировании заданной траектории движения робота. В сформулированных требованиях к алгоритму предварительного планирования траектории были учтены особенности работы бортового поискового оборудования, а также необходимость реализации алгоритма на судовом вычислительном комплексе и на борту АПР. С использованием этих требований проведен анализ ряда алгоритмов покрытия, применяемых как в наземной, так и в подводной робототехнике. В результате разработан квазиоптимальный алгоритм, который обладает низкой вычислительной ресурсоемкостью. Алгоритм может использоваться как при предварительном планировании траектории (в режиме off-line), так и для её перепланирования на борту АПР в реальном времени. Рассматриваются также алгоритмы автоматического обхода неучтенных препятствий на этапе реализации заданной траектории. Алгоритмы основаны на поведенческом и целеполагающих подходах. Обсуждаются как модельные результаты, так и результаты использования алгоритмов в реальных условиях.

Еще

Автономный подводный робот, мониторинг акваторий, траектория оптимального покрытия, обход препятствий, планирование миссии, агенты тактического уровня, моделирующий комплекс

Короткий адрес: https://readera.ru/14339946

IDR: 14339946

Список литературы Планирование и реализация траекторий движения автономного подводного робота при выполнении мониторинга в акваториях различных типов

  • Багницкий А.В., Инзарцев А.В. Автоматизация подготовки миссии для автономного необитаемого подводного аппарата в задачах обследования акваторий//Подводные исследования и робототехника. 2010. №2(10). С. 17-24.
  • Кузнецов O.Л., Матвиенко Ю.В., Рылов Н.И., Наумов Л.A. Опыт широкомасштабного поиска потенциально опасного подводного объекта в Охотском море//Подводные исследования и робототехника. 2010. № 2(10). С. 36-43.
  • Teledyne Gavia AUVs //Teledyne Technologies, Inc. URL: http://www.teledynegavia.com/product_dashboard/auvs (дата обращения: 12.09.2016).
  • ALISTER 9. Man portable A.U.V. //Triton Imaging, Inc. URL: http://www.tritonimaginginc.com/site/content/hardware/ECA_ALISTER_9.pdf (дата обращения: 12.09.2016).
  • Борейко А.А., Горнак В.E., Мальцева С.В., Матвиенко Ю.В., Михайлов Д.Н. Малогабаритный многофункциональный автономный подводный аппарат «MT-2010»//Подводные исследования и робототехника. 2011. № 2(12). С. 37-42.
  • Мельников М.Е., Плетнев С.П., Басов И.А., Седышева Т.Е. Новые данные о морфологии и геологическом строении гайота Грамберга (Магеллановы горы, Тихий океан)//Тихоокеанская геология. 2009. Т. 28, № 4. С. 105-115.
  • Инзарцев А.В., Багницкий А.В. Алгоритмы обхода локальных донных объектов для автономного подводного робота//Шестая Всерос. науч.-техн. конф. «Технические проблемы освоения мирового океана» (ТПОМО-6). Владивосток, 2015 г. С. 450-454.
  • Solar-powered Remote Monitoring System //Falmouth Scientific, Inc. URL: http://www.falmouth.com/systems/solarremotemonitorsystem.html (дата обращения: 12.09.2016).
  • Tuphanov I.E., Scherbatyuk A.Ph. A centralized planner considering task spatial configuration for a group of marine vehicles: field test results//IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS 2015). Hamburg, Germany, 2015. P. 1679-1684.
  • Galaceran E., Carreras M. A survey on coverage path planning for robotics//Robotics and Autonomous systems. 2013. № 61(12). P. 1258-1276.
  • Zelinsky A., Jarvis R.A., Byrne J.C., Yuta S. Planning paths of complete coverage of an unstructured environment by a mobile robot//Proceedings of Int. Conf. on Advanced Robotics. Tokyo, Japan, 1993. P. 533-538.
  • Gabriely Y., Rimon E. Spanning-tree based coverage of continuous areas by a mobile robot//Annals of Mathematics and Artificial Intelligence. 2001. № 31(1-4). P. 77-98.
  • Lee T.-K., Baek S.-H., Choi Y.-H., Oh S.-Y. Smooth coverage path planning and control of mobile robots based on high-resolution grid map representation//Robotics and Autonomous Systems. 2011. № 59(10). P. 801-812.
  • Luo C., Yang S. A bioinspired neural network for real-time concurrent map building and complete coverage robot navigation in unknown environments//Neural Networks. IEEE Transactions. 2008. № 19(7). P. 1279-1298.
  • Wagner I.A., Bruckstein A.M. Efficiently Searching a Graph by a Smell-Oriented Vertex Process//Annals of Mathematics and Artificial Intelligence. 1998. Vol. 24, № 1. P. 211-223.
  • Jimenez P.A., Shirinzadeh B., Nicholson A., Alici G. Optimal area covering using genetic algorithms//Proceedings of IEEE/ASME Int. Conf. on Advanced intelligent mechatronics. Zurich, Switzerland, 2007. P. 1-5.
  • Acar E.U., Choset H., Zhang Y., Schervish M. Path planning for robotic demining: Robust sensor-based coverage of unstructured environments and probabilistic methods//Int. Journ. of Robotics Research. 2003. № 22(7-8). P. 441-466.
  • Oksanen T. and Visala A. Coverage path planning algorithms for agricultural field machines//Journ. of Field Robotics. 2009. № 26(8). P. 651-668.
  • Yeun-Soo Jung, Kong-Woo Lee, Beom-Hee Lee. Advances in Sea Coverage Methods Using Autonomous Underwater Vehicles (AUVs)//Recent Advances in Multi Robot Systems/ed. by Aleksandar Lazinica. Vienna: I-Tech Education and Publishing, 2008. P. 69-100.
  • Jin J., Tang L. Coverage path planning on three-dimensional terrain for arable farming//Journ. of Field Robotics. 2011. № 28(3). P. 424-440.
  • Acar E.U., Choset H., Rizzi A.A., Atkar P.N. and Hull D. Morse decompositions for coverage tasks//Int. Journ. of Robotics Research. 2002. № 21(4). P. 331-344.
  • Huang W.H. Optimal line-sweep-based decompositions for coverage algorithms//Proceedings of the 2001 IEEE Int. Conf. on Robotics and Automation. Seoul, South Korea, 2001. P. 27-32.
  • Инзарцев А.В., Павин A.M., Багницкий А.В. Планирование и осуществление действий обследовательского подводного робота на базе поведенческих методов//Подводные исследования и робототехника. 2013. № 1(15). С. 4-16.
  • Агеев M.Д., Касаткин Б.A., Киселев Л.В. и др. Автоматические подводные аппараты. Л.: Судостроение, 1981. 224 c.
  • Агеев М.Д., Киселев Л.В., Матвиенко Ю.В. и др. Автономные подводные роботы: Системы и технологии/под общ. ред. акад. М.Д. Агеева. М.: Наука, 2005.398 с.
  • OKPO 6000 platform //Autonomous Undersea Vehicle Applications Center. URL: http://auvac.org/platforms/view/133 (дата обращения: 12.09.2016).
  • Melman S., Bobkov V., Inzartsev A., Pavin A. Distributed Simulation Framework for Investigation of Autonomous Underwater Vehicles’ Real-Time Behavior//Proceedings of the OCEANS’15 MTS/IEEE. Washington DC, USA, 2015. P. 1-8.
  • Pavin A., Inzartsev A., Eliseenko G., Lebedko O., Panin M. A Reconfigurable Web-based Simulation Environment for AUV//Proceedings of the OCEANS’15 MTS/IEEE. Washington DC, USA, 2015. P. 1-7.
Еще
Статья научная