[发明专利]一种基于三维模糊化处理的单体机器鱼行为控制方法

说明书

一种基于三维模糊化处理的单体机器鱼行为控制方法，属于智能控制技术领域。涉及机器鱼顶球运动，提出了面向不同区域顶球点的划分方法，设计了不同区域对应的行为策略，给出了机器鱼顶球过程中的基本行为序列。采用面向不同“区域”的控制算法，实现机器鱼顶球到达目标点的简单任务；具体根据顶球点划分水池区域，设计了机器鱼在对应区域的顶球运动行为。本发明可适应于多种机器鱼在含有障碍、噪音等较复杂的水下环境，应用范围广；将速度、角度、采样时间采用三维模糊化处理，并转化为控制模式，便于机器鱼控制模式的直接调用，大大简化了算法流程，降低了算法复杂度，具有数据更新速度快、精确度高及实时性好的优势。

技术领域

本发明涉及一种基于三维模糊化处理的单体机器鱼行为控制方法，属于智能控制技术领域。

背景技术

机器人运动规划问题是任何机器人研究者都不会忽略的问题，运动规划对机器人高效运动有重要作用。然而，水下机器鱼运动规划同陆地机器人相比具有特殊的难点：

(1)机器鱼特殊的运动学模型带来的难点，即由于惯性作用，机器鱼在水中无法立刻停止，或者像陆地机器人一样自由的后退。再者，目前仍然未能为机器鱼的运动建立精确的动力学模型，因此发出控制命令后，只能大致地预测机器鱼的反应；

(2)同陆地环境相比，水下环境具有更多的不确定性及干扰。当机器鱼游动时带来的扰动水波，不仅将影响到机器鱼本身及其他机器鱼的运动，而且会影响到传感器的精确测量；

(3)另外，被运输的物体可能会由于水波的冲击发生漂移和转动，这将会给机器鱼的运输运动控制带来很大的困难。因此，大多数陆地机器人的协作算法不能直接应用到机器鱼上，需要提出更新的、抗干扰能力更强的控制算法。

在机器鱼顶球的任务中，要求机器鱼在水池环境中，将半径为r的水球从初始位置移动到目标位置，没有其他辅助装置，机器鱼只允许通过头部或尾鳍顶球。理论上来讲，是运动规划和行为选择问题，不仅涉及到底层的运动控制，而且涉及到上层的规划和控制。因为水中环境会因机器鱼的游动而产生水波，因此采集水中环境信息，即机器鱼、水球、目标点的位置和角度信息，进行图像识别、处理是很重要的。

本专利假设初始情况下水球和机器鱼的位置可以是任意的。现有针对单体机器鱼顶球运动规划问题虽然能够使得机器鱼很快找到水球位置，该行为是游向行为，该算法较为复杂，尤其针对机器鱼转弯策略设计中，较难实现。因此，在运动性能提升方面及算法复杂度方面均存在很大改进空间。

本专利致力于从运动学角度对单体机器鱼顶球运动规划问题进行了改进，采用面向不同“区域”的控制算法，实现机器鱼顶球到达目标点的简单任务。该算法的基本思想是：根据顶球点划分水池区域，设计了对应区域的具体行为。

发明内容

本发明的目的在于克服现有单体机器鱼顶球运动规划算法较为复杂且转弯方法难以实现的技术缺陷，提出了一种基于三维模糊化处理的单体机器鱼行为控制方法。

本发明的核心思想为：采用面向不同“区域”的控制算法，实现机器鱼顶球到达目标点的简单任务；具体根据顶球点划分水池区域，设计了机器鱼在对应区域的顶球运动行为。

一种基于三维模糊化处理的单体机器鱼行为控制方法，包括如下步骤：

步骤1初始化采样时间、划分水池区域以及顶球点位置为主的参数，具体为：

步骤1.1初始化采样时间ΔT；

步骤1.2将机器鱼进行水下运动所处的水池区域划分为区域1、区域2、区域3和区域4；

其中，每一个区域中都有一个球，球上有个黑点即是顶球点，不同区域中设定的顶球点坐标，区域1为进攻区PR(Pushing Region)；

区域2为上边界区UBR(Upper Boundary of the Region)；