前言

本书所对应的研究是在国务院大洋专项的支持下，是“钴结壳采集模型机关键技术及装备研究”项目的一项重要内容。作者在查阅国内外大量相关文献的基础上，对海底采矿机器人路径规划问题相关的海底矿区环境建模问题、海底大尺度遍历路径规划问题、海底采矿机器人静态路径规划问题和海底采矿机器人动态路径规划问题进行了深入并系统的研究，主要的内容如下。

①对海底环境，提出了一种针对不同类底质的环境建模模型。海底DEM数据，提取地形几何特征，得到了海底环境四维混合属性数据；通过模糊推理的方法，获得不同类底质地形的通行性指数；并通过设置综合通行性代价函数，对不同底质地形的通行性进行有效整合，得到了环境可通行性地图，为路径规划研究提供了模型基础。

②提出一种矿区大尺度遍历路径规划方法。首先设置遍历路径规划的性能评价函数，通过对评价函数的计算，确定平坦地形往复式采集的方式；后用Boustrophedon方法对矿区环境进行子区域划分；为可采子域之间建立综合连通距离矩阵，将子域连接问题转化为TSP问题，通过蚁群算法求解，达到最大覆盖率的优化目标；对于非相邻可采子域之间的局部路径搜索问题，将其转化为SPP问题，通过Floyd算法求解，满足了最小重复率的要求；最后提出矿区大尺度遍历路径规划算法。

③提出基于改进蚁群算法的采矿机器人静态路径规划方法。首先指出遍历路径中存在连接路径和采集路径两种路径；之后本着实时性要求对基本蚁群算法进行改进，对环境模型膨化后，提出了采矿机器人静态路径规划的改进蚁群算法，并证明了算法的收敛性；依据两种路径的不同要求，分别设置不同的启发函数和适应度函数，提出两种静态路径规划的改进蚁群算法。

④提出了基于改进滚动窗口法的采矿机器人动态路径规划方法。首先提出算法；之后按照A*算法的思想，确定子目标选取的方法；证明了算法的收敛性；并且证明了滚动规划的全局次优性，且行走优化系数γ的设置能够提高算法的优化性能。

⑤对采矿机器人在线路径规划系统进行实车实验，通过实验过程及结果分析，证明该系统是可行的。

本书在撰写过程中得到了长沙学院机电工程学院“湖南省十三五重点建设学科”——“机械设计及理论”和长沙学院硕士点建设学科“机械工程”的大力支持。并感谢中南大学机电工程学院海洋实验室相关课题组老师及同学的大力支持。

同时，本书在撰写过程中，参考了许多机器人控制、矿业资源开发、海洋工程等领域相关的技术文献，对于文献作者为推进我国机器人学的发展所作表示敬佩，并借此机会向他们表示由衷的谢意！

限于作者水平和实际经验有限，书中不足和错漏之处在所难免，敬请读者批评指正。

著者

2017年8月