CARACaS無(wú)人自主框架及其感知、控制與協(xié)同技術(shù)綜述

何佳洲，胡劍秋，張 煌

(江蘇自動(dòng)化研究所,江蘇 連云港 222061)

CARACaS由NASA(National Aeronautics and Space Administration)噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室JPL(Jet Propulsion Lab)在20世紀(jì)90年代研制,總體框架和核心構(gòu)件到2003/04年陸續(xù)成型,主要用途是實(shí)現(xiàn)火星探測(cè)車(chē)“漫游者”MER(Mars Exploration Rover)等的自主控制。

到2006年,CARACaS陸續(xù)被美國(guó)海軍研究辦公室ONR(Office of Naval Research)、國(guó)防高級(jí)研究計(jì)劃局DARPA(Defense Advanced Projects Research Agency)、國(guó)防戰(zhàn)略能力部長(zhǎng)辦公室OSDSCO(Office of the Secretary of Defense Strategic Capabilities Office)、國(guó)家海洋和大氣局NOAA(National Oceanic and Atmospheric Administration)、陸軍坦克自動(dòng)推進(jìn)研究發(fā)展與工程中心TARDEC(US Army Tank Automotive Research Development and Engineering Center)等選中,用于為無(wú)人系統(tǒng)提供自主控制服務(wù)的骨干框架,迄今已廣泛運(yùn)用于美軍諸多水面無(wú)人船USVs、水下無(wú)人潛航器UUVs和地面無(wú)人車(chē)UGVs(Unmanned Surface、Underwater and Ground Vehicles)試驗(yàn)、演習(xí)、科學(xué)考察和執(zhí)行專(zhuān)項(xiàng)任務(wù)。

歷經(jīng)多年,距離達(dá)成無(wú)人化目標(biāo)仍有相當(dāng)差距,或許正因如此,CARACaS作為美軍自主無(wú)人系統(tǒng)的一項(xiàng)重要支撐技術(shù),其關(guān)鍵組件一直在不斷擴(kuò)充、驗(yàn)證。

不同于傳統(tǒng)海軍艦艇研制“鐵三角(速度、有效載荷和耐久性)”原則,本質(zhì)上,USV發(fā)展受制于“控制三角”原則,即伴隨任務(wù)和/或環(huán)境的復(fù)雜性、自主性和有保障的通信。由此可見(jiàn),自主性是無(wú)人系統(tǒng)的一項(xiàng)最基本、最關(guān)鍵的能力。實(shí)現(xiàn)無(wú)人系統(tǒng)自主能力的重要性也就不言而喻。

本文將著重對(duì)該框架涉及的幾項(xiàng)核心技術(shù)和應(yīng)用進(jìn)行分析梳理,希望能找到其中的一些共識(shí)。作者認(rèn)為,本文討論的CARACaS和其他無(wú)人自主技術(shù)一樣,在逐漸走向?qū)嵱没^(guò)程中,碰到的技術(shù)難點(diǎn)是相通的,可相互借鑒。

1 CARACaS無(wú)人自主框架設(shè)計(jì)

1.1 框架的組成

CARACaS作為一種緊湊型自主智能體集成框架,組成框圖如圖1所示,包括五部分:三種引擎(行為引擎、動(dòng)態(tài)規(guī)劃引擎、感知引擎)、一類(lèi)世界模型和一組執(zhí)行器?！?br>