基于Pi演算的水下机器人协同仿真模型组合方法研究

随着智能水下机器人功能的不断扩充、地位的不断提升和完成任务的不同，对其可靠性要求越来越高。但是由于海洋环境本身的复杂性，对其进行较精确仿真是一项困难的工作。目前水下机器人协同仿真系统存在，仿真模型开发时间长，没有符合实际的模型描述方法，多种模型之间的行为兼容性难以验证,运动仿真模型仿真精度无法满足要求等问题。为了解决这些问题，我们针对水下机器人仿真的实际应用，研究协同仿真模型的形式化描述方法、模型组合和验证方法。在建立水下机器人协同仿真系统框架的基础上，我们将分层模型的思想与Pi演算相结合提出协同仿真模型的形式化描述方法，实现抽象信息和具体信息的转化和共享，完成任务信息的形式化转化。通过面向对象概念和类型系统对Pi演算进行扩充，以此形成对协同仿真模型的任务可组合性、行为可组合性和语法可组合性相结合的判定方法。

由于海洋环境的复杂性，仿真试验是验证和保障水下机器人系统可靠性的必要手段。目前水下机器人协同仿真系统存在，仿真模型开发时间长，没有符合实际的模型描述方法，多种模型之间的行为兼容性难以验证,运动仿真模型仿真精度无法满足要求等问题。针对目前存在的这些问题，面向水下机器人仿真的实际应用，本课题在分布式仿真系统体系结构与框架和仿真模型形式化描述与验证方面取得了成果：（1）提出了水下机器人协同仿真框架，这是建立水下机器人仿真系统的一整套解决方案，为建立通用、灵活、可信的水下机器人协同仿真系统奠定坚实的基础。（2）建立任务模型、动态行为模型和静态语法描述之间的映射机制，以实现抽象信息与形式化信息之间信息共享，消除不同层次模型之间的信息孤岛。（3）提出将面向对象概念和类型系统与Pi演算相结合的形式化仿真模型描述方法。方法不仅适用于水下机器人仿真模型的描述，而且具有一定的领域通用性。 基于上述成果并结合实际需求，研发了水下机器人协同仿真系统并进行了多次仿真试验。本项研究有望为降低水下机器人仿真系统及同领域的其它水中无人智能航行器仿真系统的开发成本、提高开发效率和提供机器人的软硬件可靠性做出实质性贡献。