[發(fā)明專利]一種仿生魚群避障行為控制方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201711498122.8
• 申請日: 2017-12-29
• 公開（公告）號: CN108196451B
• 公開（公告）日: 2021-01-22
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 查文中;張德;劉光宏;何昫
• 申請（專利權(quán)）人: 中國電子科技集團公司信息科學研究院
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 北京中知法苑知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11226
• 代理人: 常玉明;張?zhí)m海

1.一種仿生魚群避障行為控制方法，包括：

S1：進行初始化設(shè)置，包括n條機器魚的初始位置、初始速度、通信半徑、已連通的初始拓撲結(jié)構(gòu)、目標位置信息、最大水平探測角度和最大探測距離，其中，n至少是1；

S2：所述機器魚讀取傳感器信息；

S3：所述機器魚判斷是否發(fā)現(xiàn)障礙物，若探測到障礙物，則對虛擬領(lǐng)航者的位置進行確認，若未探測到障礙物，則進入優(yōu)先級排序，其中，虛擬領(lǐng)航者的位置表示機器魚避障策略中的最優(yōu)到達位置；

S4：對所述機器魚進行優(yōu)先級排序，獲取機器魚位置信息，在優(yōu)先級排序階段，機器魚使用啟發(fā)式優(yōu)先級排序算法，分布式地提取機器魚群拓撲網(wǎng)絡(luò)的骨干子網(wǎng)絡(luò)；

S5：所述機器魚判斷自身是否為骨干機器魚，若是，則要確定其鄰居骨干機器魚與虛擬領(lǐng)航者的位置，并執(zhí)行骨干機器魚的控制協(xié)議，若不是，則要確定其所屬的骨干機器魚與鄰居機器魚的位置，并執(zhí)行非骨干機器魚的控制協(xié)議；

在機器魚執(zhí)行控制協(xié)議后，若到達目標位置，則流程結(jié)束，若未到達目標位置，則重復所述步驟S1至S5。

2.如權(quán)利要求1所述的仿生魚群避障行為控制方法，具體為：

設(shè)機器魚i的初始位置為(x_i,y_i)，其前視航向的角度為0°，航向左側(cè)角度為正，航向右側(cè)角度為負，最大水平探測角度為2φ_max，最大探測距離為d_max，對于非狹長障礙物，設(shè)障礙物兩側(cè)偏離機器魚航向的角度分別為和切線距離分別為和則探測范圍內(nèi)障礙物的最遠探測點A的坐標為：

其中，為所對應的切線距離，

此外，虛擬領(lǐng)航者B點的坐標(x′_i,y′_i)如下：

當時，

當時，

其中，

其中，R_safe表示機器魚為圓心的圓形安全區(qū)域的半徑，若障礙物為狹長障礙物，則而則為對應的航向角度。

3.如權(quán)利要求1所述的仿生魚群避障行為控制方法，所述機器魚群拓撲網(wǎng)絡(luò)用無向圖G＝(v,ε)表示，其中v＝{1,2,...,n}表示頂點集，ε＝v×v構(gòu)成邊的集合，其中每個節(jié)點標記為v_i∈v，每一邊用(i,j)表示，對于i≠j，在t時刻，令e_ij(t)表示邊(i,j)的連接度，若(i,j)∈ε，則e_ij(t)＞0，否則e_ij(t)＝0；考慮n條機器魚，用q_i∈R²、p_i∈R²和u_i∈R²分別表示機器魚i的位置、速度和控制輸入，其運動滿足雙積分器模型：

4.如權(quán)利要求1所述的仿生魚群避障行為控制方法，所述障礙物包括其他機器魚或者其他障礙物，安全區(qū)域為不存在障礙物的區(qū)域，即在二維平面內(nèi)，以機器魚位置為圓心，半徑為R_safe的圓形區(qū)域為機器魚的安全區(qū)域，R_safe也即機器魚與障礙物不發(fā)生碰撞的安全距離。

5.如權(quán)利要求4所述的仿生魚群避障行為控制方法，所述安全距離與機器魚的機動性能、魚體長度和尾鰭擺動幅度、障礙物運動速度相關(guān)。