[发明专利]一种用于漂浮物运送的机器鱼组运动轨迹控制方法

说明书

本发明提供基于一种用于漂浮物运送的机器鱼组运动轨迹控制方法，属于机器鱼控制技术领域。本发明在长距调姿策略的基础上结合了双鱼交替撞击策略；长距调姿策略通过设置鱼身到达待撞击点的距离和调姿策略，提高机器鱼、待运送物、目标位置处于三点一线的概率；双鱼交替撞击策略通过制定一条机器鱼撞击漂浮物的过程中，另一条鱼的回游策略，加强了两条鱼之间的配合。本发明解决了现有缺少应用型机器鱼组协同合作技术，以及不能精准控制运送物体按轨迹运动的问题。本发明可用于机器鱼迅速准确地运送物资。

技术领域

本发明涉及一种机器鱼组运动轨迹控制方法，属于机器鱼控制技术领域。

背景技术

随着海洋科技的长足发展，人们把目光投向了拥有丰富资源和巨大开发价值的海洋，适应各种非结构化环境的水下机器人得到迅猛的发展。将鱼类完美的水下运动能力结合的机器鱼，由于效率高、隐蔽性强、流体性能优良、推进效率高、机动性能好、噪声低等特性被广泛应用于资源探测、军事侦察、海洋监测、环境保护、娱乐观赏等众多领域中。仿生机器鱼主要分为鱼头1、鱼身2、鱼尾3三部分；如图1所示，鱼头1部分由控制电路板、电池、通讯模块、电源开关和胸鳍1-1构成，鱼头1预留了充气孔1-2、充电头1-3、天线1-4；鱼身2由三个关节串联组成，每个关节都是一个舵机。其优点在于成本低并具有良好的稳定性和精确性。

近年来国内外针对仿生机器鱼的研究层出不穷，作为科研的重要环节，关于水中机器鱼的仿真研究也逐渐成为该领域的研究热点之一。但是现有机器鱼研究方向主要在单个机器鱼个体的运动精度速度等控制；比方说人们已经开始采用机器鱼来捕捞海底产品，但是机器鱼都是单独行动的，没有统一的协同和管理；而且，由于水下环境的复杂性与不确定性，机器鱼在执行任务时不仅会受到水波扰动的影响，还需要考虑到仿生机器鱼不同于一般的无人平台(例如无人机、无人车、水下潜航器等)，它是柔性结构，依靠鱼鳍或尾部的摆动实现游动，因此机器鱼的尺寸、尾鳍摆动的幅度和瞬时运动的惯性等因素不能被忽略。因此，哪怕是运动控制精度速度达到非常高的水平，控制单个机器鱼个体进行运送、侦查等任务，也不如多个机器鱼协同作业效果好。

近年来，国内外争相举办各种类型的机器鱼大赛，旨在通过比赛交流机器鱼研究领域的新思想和新进展。机器鱼水球2V2比赛能够充分体现出两鱼协作的效果，比赛是以小型仿生机器鱼为研究主体，进行类比于陆地上的机器人足球比赛进行激烈的对抗。比赛场地为长方形水池(如图6所示)，配套设备包括水球1个，球门2个(甲乙双方各1个)，多关节机器鱼4条(甲乙双方各两条)，比赛双方控制终端全局视觉设备CCD(电荷耦合元件)摄像头、以及补充光源等。机器人水球比赛中，两队机器鱼进行对抗，将水球顶入对方球门次多者为胜。针对机器鱼的顶球策略，文献[Sun Yanbing，Liu Xiaorui.Research on Robot FishControl and Some Problems in Water Polo Competition.Robot Technology andApplication，2009-07.]以球为中心对周边划分了主攻区、助攻区、缓冲区，但是精度不够。文献[Tao Jin，Path Planning in Robot Water Polo Competition[D].GuangxiInstitute of Technology，2011-04.]围绕鱼身姿态调整问题，提出了一种切入圆顶球算法(Algorithm of Cut round push Ball)，该算法为鱼划定切入圆，驱动鱼运动到驱动圆边界，再沿着切入圆运动到顶球点。文献[Wang Chao，Huo Yanyan，XiongXiaojun.Trajectory Planning Strategy for Robotic Water Polo Matches.2018IOPConf.Ser.:Mater.Sci.Eng.466 012108.]提出一种基于区域划分的控制策略，对整个比赛的水池进行了区域划分，为每个区域制定不同的攻防策略，两条鱼的分工更加明确；并对球的周边区域进行细分，使鱼在不同的周边区域依据不同的顶球策略进行运动。