[發(fā)明專利]基于生物觸角模型的多機(jī)器人水下目標(biāo)搜尋方法及裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410079228.4
• 申請(qǐng)日: 2014-03-05
• 公開（公告）號(hào): CN103869824B
• 公開（公告）日: 2017-02-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 倪建軍;李新云;吳榴迎;范新南;劉小峰
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 河海大學(xué)常州校區(qū)
• 主分類號(hào): G05D1/12
• 分類號(hào): G05D1/12
• 代理公司: 南京縱橫知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司32224
• 代理人: 董建林

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于水下未知環(huán)境中多機(jī)器人目標(biāo)搜尋領(lǐng)域，是機(jī)器人技術(shù)與生物感知技術(shù)相結(jié)合的應(yīng)用，特別是涉及一種基于生物觸角模型的多機(jī)器人水下目標(biāo)搜尋方法和裝置。

背景技術(shù)

水下目標(biāo)搜尋是水下作業(yè)的重要內(nèi)容之一，水下環(huán)境惡劣，要想實(shí)現(xiàn)水下目標(biāo)搜尋一般的設(shè)備很難完成。因此，人們將目光放在了機(jī)器人身上，由于水下區(qū)域廣闊，單個(gè)機(jī)器人搜尋效率低下，水下多機(jī)器人技術(shù)的研究隨之發(fā)展起來。

水下環(huán)境具有時(shí)間可變性，隨著時(shí)間的推移，由于水流的影響會(huì)使得環(huán)境中的物體發(fā)生移動(dòng)而改變環(huán)境的狀態(tài)。這樣不僅增加了對(duì)機(jī)器人自主避障的要求，還使得機(jī)器人不能準(zhǔn)確的完成對(duì)水下環(huán)境的地圖構(gòu)建，從而影響了機(jī)器人路徑規(guī)劃的效率。在這樣的復(fù)雜多變環(huán)境下如何實(shí)現(xiàn)多機(jī)器人的目標(biāo)搜尋工作，成為水下機(jī)器人技術(shù)的研究熱點(diǎn)，也是難點(diǎn)問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提出了一種基于生物觸角模型的多機(jī)器人水下目標(biāo)搜尋方法及設(shè)備。通過生物觸角模型對(duì)環(huán)境進(jìn)行探索，并建立環(huán)境柵格地圖，然后利用信息融合技術(shù)實(shí)時(shí)更新水下環(huán)境柵格地圖信息，指導(dǎo)機(jī)器人進(jìn)行目標(biāo)搜索，發(fā)現(xiàn)目標(biāo)后，利用擴(kuò)散方程進(jìn)行路徑規(guī)劃，指導(dǎo)水下探測(cè)船運(yùn)動(dòng)到目標(biāo)進(jìn)行目標(biāo)抓取，并最終完成水下目標(biāo)搜索任務(wù)。本發(fā)明提供了一種能夠提高水下目標(biāo)搜尋效率的基于生物觸角模型的多機(jī)器人水下目標(biāo)搜尋方法及設(shè)備。

本發(fā)明實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的的技術(shù)方案是：提供一種基于生物觸角模型的多機(jī)器人水下目標(biāo)搜尋方法及裝置。

基于生物觸角模型的多機(jī)器人水下目標(biāo)搜尋方法，其特征在于，包括如下步驟：

(1)接到目標(biāo)搜尋任務(wù)后，搜尋人員根據(jù)目標(biāo)已知的大概位置信息，將載有多臺(tái)小型水下機(jī)器人的水下探測(cè)船從該處投入海底；

(2)水下探測(cè)船下沉到海底后，以水下探測(cè)船中心為原點(diǎn)，建立平面坐標(biāo)系；各水下機(jī)器人建立自身的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型，第i臺(tái)機(jī)器人的狀態(tài)變量為(x_i,y_i,θ_i)，其中(x_i,y_i)為機(jī)器人在平面坐標(biāo)系中的位置坐標(biāo)，θ_i為機(jī)器人運(yùn)動(dòng)方向角；水下探測(cè)船釋放水下機(jī)器人。

(3)各水下機(jī)器人利用生物觸角模型驅(qū)動(dòng)機(jī)器人不斷往前運(yùn)動(dòng)，進(jìn)行目標(biāo)搜索，同時(shí)利用自身攜帶的聲吶傳感器實(shí)時(shí)進(jìn)行環(huán)境探測(cè)，并將聲吶傳感器獲取的環(huán)境信息數(shù)據(jù)通過自身攜帶的水下通信設(shè)備發(fā)給水下探測(cè)船；

(4)水下探測(cè)船建立水下環(huán)境動(dòng)態(tài)柵格地圖，根據(jù)接收到的各水下機(jī)器人環(huán)境信息數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)更新柵格地圖，并利用自身攜帶的水下通訊設(shè)備廣播該地圖信息給各水下機(jī)器人；

(5)當(dāng)某水下機(jī)器人在其偵測(cè)范圍內(nèi)根據(jù)已知目標(biāo)的有關(guān)特征和信息發(fā)現(xiàn)目標(biāo)時(shí)，標(biāo)記其位置信息，并廣播該信息給其他水下機(jī)器人和水下探測(cè)船；

(6)其他水下機(jī)器人和水下探測(cè)船在得到目標(biāo)位置信息后，根據(jù)柵格地圖，利用擴(kuò)散方程進(jìn)行路徑規(guī)劃，計(jì)算各自到達(dá)目標(biāo)的最佳路徑，水下探測(cè)船到達(dá)目標(biāo)位置，利用攜帶的機(jī)械手進(jìn)行目標(biāo)抓取，其他水下機(jī)器人運(yùn)動(dòng)到目標(biāo)位置，然后所有水下機(jī)器人集合登上水下探測(cè)船，水下探測(cè)船上浮，完成目標(biāo)搜索任務(wù)。

所述步驟(3)中，生物觸角模型的建立步驟為：

生物觸角模型是將Bug算法與神經(jīng)行為學(xué)結(jié)合得到的仿生條件反射導(dǎo)航算法，即在水下機(jī)器人本身一些特定區(qū)域借助聲吶傳感器探測(cè)到的觸覺信息，實(shí)時(shí)激勵(lì)觸發(fā)反射行為來實(shí)現(xiàn)對(duì)未知環(huán)境中目標(biāo)的搜尋；