[發明專利]一種基于三維模糊化處理的單體機器魚行為控制方法

有效

• 申請號: 201710349193.5
• 申請日: 2017-05-17
• 公開（公告）號: CN107065563B
• 公開（公告）日: 2018-11-16
• 發明（設計）人: 郭樹理;韓麗娜;王稀賓;何昆侖;袁振兵;鄭凱;崔偉群;駱雷鳴;王春喜;黃劍武;李鐵嶺;郭芙蘇
• 申請（專利權）人: 北京理工大學;中國人民解放軍總醫院
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 北京理工正陽知識產權代理事務所(普通合伙) 11639
• 代理人: 鮑文娟

一種基于三維模糊化處理的單體機器魚行為控制方法，屬于智能控制技術領域。涉及機器魚頂球運動，提出了面向不同區域頂球點的劃分方法，設計了不同區域對應的行為策略，給出了機器魚頂球過程中的基本行為序列。采用面向不同“區域”的控制算法，實現機器魚頂球到達目標點的簡單任務；具體根據頂球點劃分水池區域，設計了機器魚在對應區域的頂球運動行為。本發明可適應于多種機器魚在含有障礙、噪音等較復雜的水下環境，應用范圍廣；將速度、角度、采樣時間采用三維模糊化處理，并轉化為控制模式，便于機器魚控制模式的直接調用，大大簡化了算法流程，降低了算法復雜度，具有數據更新速度快、精確度高及實時性好的優勢。

技術領域

本發明涉及一種基于三維模糊化處理的單體機器魚行為控制方法，屬于智能控制技術領域。

背景技術

機器人運動規劃問題是任何機器人研究者都不會忽略的問題，運動規劃對機器人高效運動有重要作用。然而，水下機器魚運動規劃同陸地機器人相比具有特殊的難點：

(1)機器魚特殊的運動學模型帶來的難點，即由于慣性作用，機器魚在水中無法立刻停止，或者像陸地機器人一樣自由的后退。再者，目前仍然未能為機器魚的運動建立精確的動力學模型，因此發出控制命令后，只能大致地預測機器魚的反應；

(2)同陸地環境相比，水下環境具有更多的不確定性及干擾。當機器魚游動時帶來的擾動水波，不僅將影響到機器魚本身及其他機器魚的運動，而且會影響到傳感器的精確測量；

(3)另外，被運輸的物體可能會由于水波的沖擊發生漂移和轉動，這將會給機器魚的運輸運動控制帶來很大的困難。因此，大多數陸地機器人的協作算法不能直接應用到機器魚上，需要提出更新的、抗干擾能力更強的控制算法。

在機器魚頂球的任務中，要求機器魚在水池環境中，將半徑為r的水球從初始位置移動到目標位置，沒有其他輔助裝置，機器魚只允許通過頭部或尾鰭頂球。理論上來講，是運動規劃和行為選擇問題，不僅涉及到底層的運動控制，而且涉及到上層的規劃和控制。因為水中環境會因機器魚的游動而產生水波，因此采集水中環境信息，即機器魚、水球、目標點的位置和角度信息，進行圖像識別、處理是很重要的。

本專利假設初始情況下水球和機器魚的位置可以是任意的。現有針對單體機器魚頂球運動規劃問題雖然能夠使得機器魚很快找到水球位置，該行為是游向行為，該算法較為復雜，尤其針對機器魚轉彎策略設計中，較難實現。因此，在運動性能提升方面及算法復雜度方面均存在很大改進空間。

本專利致力于從運動學角度對單體機器魚頂球運動規劃問題進行了改進，采用面向不同“區域”的控制算法，實現機器魚頂球到達目標點的簡單任務。該算法的基本思想是：根據頂球點劃分水池區域，設計了對應區域的具體行為。

發明內容

本發明的目的在于克服現有單體機器魚頂球運動規劃算法較為復雜且轉彎方法難以實現的技術缺陷，提出了一種基于三維模糊化處理的單體機器魚行為控制方法。

本發明的核心思想為：采用面向不同“區域”的控制算法，實現機器魚頂球到達目標點的簡單任務；具體根據頂球點劃分水池區域，設計了機器魚在對應區域的頂球運動行為。

一種基于三維模糊化處理的單體機器魚行為控制方法，包括如下步驟：

步驟1初始化采樣時間、劃分水池區域以及頂球點位置為主的參數，具體為：

步驟1.1初始化采樣時間ΔT；

步驟1.2將機器魚進行水下運動所處的水池區域劃分為區域1、區域2、區域3和區域4；

其中，每一個區域中都有一個球，球上有個黑點即是頂球點，不同區域中設定的頂球點坐標，區域1為進攻區PR(Pushing Region)；

區域2為上邊界區UBR(Upper Boundary of the Region)；