[发明专利]一种基于功能自治模型的AUV控制软件体系结构

说明书

本发明涉及一种基于功能自治模型的自主水下机器人(AUV)控制软件体系结构，该体系结构设计了针对AUV控制软件的功能模块划分方法，该方法采用使命任务与执行管理功能模块作为软件的思考层，并根据控制功能对控制软件进行功能自治模块划分，所得到的功能自治模块在功能上相对独立。同时在功能自治模块内部采用执行层和反应层的二层划分方法并设计低耦合度的功能模块协作方法,使控制软件体系结构具有易扩展、易维护的特性；同时在控制系统体系结构底层采用操作系统功能封装方法得到不依赖操作系统的上层软件开发功能接口,使软件体系结构在不同操作系统间移植时具有良好的复用性和可移植性。

技术领域

本发明涉及一种基于功能自治模型的AUV控制软件体系结构，具体说是一种将功能模块划分、功能自治模块分层、功能模块协作方法设计及操作系统功能封装技术结合而形成的AUV控制软件体系结构。

背景技术

自主水下机器人(AUV)控制系统软件(以下简称为AUV控制软件)，是运行于AUV的控制计算机中，采用人工智能、自动控制、模式识别、信息融合与理解、新材料、能源、通信及系统集成等技术和方法实现AUV智能控制和自主作业的软件系统，对AUV控制软件算法进行组织的方法论称为AUV控制软件体系结构。

当前，AUV控制软件的体系结构一般包括包容体系结构、分层体系结构和管道体系结构三种，其中以分层体系结构应用最为广泛。分层体系结构能够较好地满足对机器人进行智能控制的需求。但随着新应用需求的涌现、使命任务复杂度的增加和智能程度的提高，AUV的系统组成也越来越复杂，安装有多种设备和传感器，同时采用了多类智能技术与方法，这就使得AUV控制软件的代码规模越来越庞大，逻辑越来越复杂，因此仅依据分层体系结构设计AUV控制软件，尽管能够满足智能控制的需求，但软件的模块化水平相对较低，难以维护、复用和扩展功能，这在AUV应用越来越广泛的当下，成为一个亟需解决的实际问题。同时，AUV控制软件运行在载体的控制计算机中，大多数控制计算机采用的是嵌入式实时操作系统，这就导致很多功能相同但控制计算机操作系统不同的AUV存在AUV控制软件需经常进行不同操作系统间的移植性开发，这些系统兼容性问题是由于操作系统间系统函数的差异造成的。为解决该问题，往往需要对AUV控制软件中各部分中涉及系统函数的部分进行大量的更改及调试，导致不同操作系统间软件移植都需要花费大量人力及时间，并有可能产生很多因平台移植带来的软件性能缺陷。

发明内容

针对上述AUV控制软件体系结构的不足，本发明的目的提供一种基于功能自治模型的AUV控制软件体系结构，具体说是一种采用功能模块划分、功能模块分层、功能模块协作方法设计及操作系统功能封装技术的基于功能自治模型的AUV控制软件体系结构。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：

一种基于功能自治模型的AUV控制软件体系结构，包括：

使命任务规划与执行管理功能模块，用于接收功能自治模块发送的AUV状态信息，实现任务规划并发送控制指令给相应的功能模块；

功能自治模块，用于根据AUV控制所需实现的功能，构建多个独立的模块。

所述功能自治模块包括：

执行层，用于接收本功能自治模块内反应层上传的AUV状态信息以及接收其他功能自治模块对本功能自治模块的功能要求；

反应层，用于通过传感器采集AUV状态信息以及接收执行层的控制指令对AUV的执行机构进行控制。

所述执行层仅包括1个任务；所述反应层包含多个并发运行的任务，每个任务负责1个设备或传感器的管理。

所述功能自治模块之间采用低耦合的协作方式，具体包括：信息共享、消息通信以及方法调用。

所述信息共享，用于各个功能自治模块之间，或同一个功能自治模块内部各并发任务之间进行频率大于阈值的信息交互。