[發明專利]一種基于CLUBS算法的移動機器人運動跟蹤控制系統及控制方法

在審

• 申請號: 202310052699.5
• 申請日: 2023-02-02
• 公開（公告）號: CN115951686A
• 公開（公告）日: 2023-04-11
• 發明（設計）人: 曹鈺涵;陳好
• 申請（專利權）人: 河海大學
• 主分類號: G05D1/02
• 分類號: G05D1/02
• 代理公司: 南京千語知識產權代理事務所(普通合伙) 32394
• 代理人: 祁文彥

1.一種基于CLUBS算法的移動機器人運動跟蹤控制方法，其特征在于，包括以下步驟，

S1：獲取機器人步態信息，進行二叉空間分割技術，把數據集變成一系列的超矩形塊，并使用貪婪準則，塊被迭代分割為成對的簇，整個數據空間被分割為兩類塊：一類是每塊僅含有一個簇，另一類是每塊僅含噪聲；

S2：每次分割之后，都會重新計Calinski-Harabasz值，如果CH值增加，則重復S2，若降低到70％以下，則轉入步驟S3；

S3：主控制器檢測相鄰塊間的密度，基于密度對所有塊進行遞增排序；基于含有噪聲塊的密度較低的原理，將含有簇的塊從所有塊中分離出來；將分離出來的含有簇的塊生成一個橢圓簇，若有相鄰簇轉入步驟S4，若無直接轉入步驟S5；

S4：如果合并一對簇，導致相對于最小化簇內平方和較小增加的情況下，而CH指標增加，則實施合并；如果合并導致CH指標降低，轉入S5，

S5：重構橢圓簇，提高聚類質量，確定了最終異常點。

2.根據權利要求1所述的一種基于CLUBS算法的移動機器人運動跟蹤控制方法，其特征在于，步驟S1中，對于給定移動機器人步態數據集，算法從對應于整個數據集的單個簇S開始，S被輸入到包含在數據集上迭代構建分區塊的優先級隊列Q中，當Q不為空時，塊B被移除并被分割成一對塊，如果分割是有效的，則塊對替換Q中的B，否則B成為該階段的最終塊。

3.根據權利要求2所述的一種基于CLUBS算法的移動機器人運動跟蹤控制方法，其特征在于，對于d維塊B的每一個維i，我們必須定義距離和函數C?i?B：R→N和LSi?B：R→Rd，計算公式如下：

上述式中，將屬于塊B的點p的所有值相加，其第i個坐標值等于x，這些函數可以表示為映射，通過對這些映射或陣列進行線性掃描來找到最小化W?CSS的分割。

4.根據權利要求1所述的一種基于CLUBS算法的移動機器人運動跟蹤控制方法，其特征在于，步驟S1中，將含有簇的塊分離出來；因僅含有噪聲塊的密度較低，CLUBS首先基于密度對所有塊進行遞增排序，并檢測相鄰塊間的密度跳躍，從而確定噪聲塊的候選子集，然后，測試候選子集，在塊的中心生成一個超立方體，如果超立方體的密度小于整個塊的密度的2倍，則表明該塊屬于異常塊，否則屬于簇塊。

5.根據權利要求1所述的一種基于CLUBS算法的移動機器人運動跟蹤控制方法，其特征在于，步驟S5中，計算每個點p＝(p1，…，pd)到簇中心點c＝(c1，…，cd)的距離公式為:

其中，r_i是第i維簇的半徑，采用常用的最大3σ距離估計，則其中n是簇c中點的個數，WCSS_i(c)是第i維的方差；

令dist(p,c)＝1定義一個橢圓，它的中心則是簇中心，第i維的半徑則是r_i。

6.一種基于CLUBS算法的移動機器人運動跟蹤控制系統，用于權利要求1-5任意一項所述的控制方法，其特征在于，包括車身主體、主控制器、上位機、驅動控制器、高清150°廣角鏡頭、伺服舵機、鋰電池和PC聚碳酸酯保護殼，

上機位包括控制面板和操作臺，主控制器包括定時器、通信接口、控制芯片，驅動控制器包括內置橋型電路，移動機器人與上位機進行無線通信，移動機器人由鋰電池供電，驅動控制器連接伺服舵機，伺服舵機安裝于車身主體兩側，主控制器、驅動控制器和鋰電池都置于車身主體內部，高清150°廣角鏡頭置于車身主體上表面中部，PC聚碳酸酯保護殼覆蓋在車身主體、主控制器、驅動控制器、高清150°廣角鏡頭與鋰電池上方。

7.根據權利要求6所述的一種基于CLUBS算法的移動機器人運動跟蹤控制系統，其特征在于，所述上位機采用微型PC并且裝有Ubuntu操作系統和ROS操作系統。

8.根據權利要求6所述的一種基于CLUBS算法的移動機器人運動跟蹤控制系統，其特征在于，所述主控制器選用STM32F芯片其性能強勁，滿足基本的控制需求，同時支持外接USB擴展。