[發明專利]基于模糊邏輯的機器人沿墻行為的精準控制方法

在審

• 申請號: 201410177650.3
• 申請日: 2014-04-29
• 公開（公告）號: CN103941734A
• 公開（公告）日: 2014-07-23
• 發明（設計）人: 李軍;袁宇龍;石慶龍;王斌
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: G05D1/02
• 分類號: G05D1/02
• 代理公司: 北京同恒源知識產權代理有限公司 11275
• 代理人: 趙榮之

技術領域

本發明屬于移動機器人控制技術領域，涉及一種基于模糊邏輯的機器人沿墻行為的精準控制方法。

背景技術

沿墻導航是移動機器人的一種基本行為，是指移動機器人在一定方向上，沿著物體輪廓運動并保持一定距離的行為。可以把它看成是移動機器人的一種低層智能行為，當它與高層智能行為結合在一起時，可以完成更復雜的任務。在許多場合下，都要求機器人具有沿墻導航的能力，如：障礙物的躲避、未知環境中的路徑規劃、同時定位與地圖構建(SLAM)等。

目前，關于移動機器人沿墻導航問題已有許多研究。紅外傳感器作為環境感知設備，具有價格低廉，反應速度快，測量盲區小等特點，適用于近距離的沿墻導航。GAVRILUT等采用兩個紅外傳感器作為環境感知設備，將兩個紅外傳感器的測量范圍劃分為多個區段，實現了移動機器人在室內環境的沿墻導航。由于只采用了兩個紅外傳感器作為環境感知器，不能對環境進行準確的描述，所以實驗結果無法保證移動機器人運動過程中離墻距離的穩定性。王棟耀等在Pioneer2DX移動機器人平臺上，采用聲納傳感器作為環境感知設備，并基于有限狀態機原理，提出了一種新的沿墻導航控制策略。由于未對聲納傳感器固有的鏡面反射造成的誤差進行校準，所以沿墻實驗得到的運動軌跡不平滑。富志凱等提出了一種復合控制算法，通過PID控制算法與Bang-Bang控制算法的切換，實現移動機器人沿墻導航。由于傳統的控制方法，在未知環境和非線性等條件下的自身局限性，導致控制器的魯棒性較差。

發明內容

針對移動機器人自身的非線性和環境噪聲帶來的不確定性，本發明提出了一種基于紅外傳感器的模糊控制器，并對紅外傳感器進行了校正，得到紅外傳感器的校正模型，將上述算法在KHEPERAⅡ移動機器人上進行了實驗，獲得了很好的沿墻導航效果。

為達到上述目的，本發明提供如下技術方案：

一種基于模糊邏輯的機器人沿墻行為的精準控制方法，通過基于紅外傳感器的模糊控制器實現機器人的沿墻行為控制，并通過在實驗環境中對紅外傳感器進行校正得到紅外傳感器的校正模型，從而實現更加精確的控制；所述模糊控制器采用模糊控制方法實現對機器人的控制，該模糊控制器主要包括模糊化、模糊推理和清晰化三個組成部分。

進一步，所述模糊控制器采用的模糊控制方法具體包括以下步驟：步驟一：數據初始化后，將移動機器人放在離墻一定距離的起始位置；步驟二：采集當前各個傳感器的讀數，計算出模糊控制器的具體輸入；步驟三：將步驟二中得到的具體輸入模糊化；步驟四：根據先驗經驗得到規則庫，對第三步的模糊輸入進行推理過程，得到模糊輸出；步驟五：將模糊輸出轉換為具體的輸出值；步驟六：等到下一個采樣時間，返回第二步。

進一步，在在步驟五中，將模糊輸出轉換為具體的輸出值的過程為清晰化步驟，清晰化方法包括最大隸屬度法、加權平均法和重心法。

進一步，在傳感器的校正過程中，采用多項式擬合對紅外傳感器進行校正。

進一步，對傳感器進行校正的步驟具體包括：

1)把機器人放置到使其中一個傳感器正對墻壁，且離墻距離為d的位置；

2)讀取此時的傳感器讀數S_j，j＝1,2,…,10，取十次讀數的平均值作為本次測量的有效值，Di=110Σj10Sj;]]>

3)把機器人垂直后移d，重復第2)步的操作，直到i＝20；

4)將測得的20組數據采用四次多項式擬合，得到相應的校正模型：

y＝a₀+a₁x+d₂x²+a₃x³+a₄x⁴

其中，a_k為多項式的系數(k＝0,1,…,4)，y為當前傳感器的讀數，x為當前傳感器的離墻距離：

5)跳轉到第一步，按照相同的方法，對其余七個傳感器進行校正，得到對應的校正模型。