專利名稱：：水下清洗作業(yè)機(jī)器人未知環(huán)境路徑規(guī)劃方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明屬于工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域，涉及一種水下機(jī)器人未知環(huán)境路徑規(guī)劃方法，特別適用于水下復(fù)雜未知環(huán)境下的清洗作業(yè)機(jī)器人的路徑規(guī)劃。
背景技術(shù)：
：隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，機(jī)器人在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域中的應(yīng)用日趨廣泛，例如各種工業(yè)機(jī)器手，工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)線等。但是當(dāng)需要圍繞較大的目標(biāo)主體進(jìn)行作業(yè)時(shí)，固定式工業(yè)機(jī)器手和自動(dòng)化生產(chǎn)線將不能滿足要求，此時(shí)工業(yè)移動(dòng)機(jī)器人以其具有大范圍的活動(dòng)能力的優(yōu)點(diǎn)將可以完成任務(wù)。然而，移動(dòng)機(jī)器人如何運(yùn)動(dòng)以及選取怎樣的路徑運(yùn)動(dòng)以滿足現(xiàn)場作業(yè)的要求又成為了工業(yè)作業(yè)任務(wù)完成的關(guān)鍵。工業(yè)現(xiàn)場的環(huán)境復(fù)雜，各種設(shè)備、管道、線路等就成為了阻礙機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的障礙物，因此機(jī)器人很重要的一個(gè)任務(wù)是在運(yùn)動(dòng)過程中要避開各種障礙物并且盡快達(dá)到目的地。不僅如此，許多復(fù)雜的工業(yè)作業(yè)任務(wù)的環(huán)境是在水下，比如清洗火電廠的大型冷凝設(shè)備、清洗化工廠的排污設(shè)配、清洗自來水廠凈化設(shè)備等。這些水下作業(yè)清洗任務(wù)直接關(guān)系到企業(yè)的節(jié)能程度和污水處理能力，然而進(jìn)行人工清洗不但效率低而且必須將水排盡，這樣便產(chǎn)生了大量水資源的浪費(fèi)，因此水下清洗機(jī)器人的需要?jiǎng)t更為迫切。本專利提出的水下清洗作業(yè)機(jī)器人未知環(huán)境路徑規(guī)劃方法是在專利“冷凝器銅管二關(guān)節(jié)式在線清洗機(jī)器人”(公開號(hào)CN1945196)和“凝汽器智能移動(dòng)清洗機(jī)器人”(CN101430176A)的基礎(chǔ)上，以類似的機(jī)器人作為被控對象，提出一種路徑規(guī)劃方法，并推廣到工業(yè)現(xiàn)場的水下作業(yè)領(lǐng)域。在復(fù)雜的水下環(huán)境中作業(yè)，需要更加提高移動(dòng)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)時(shí)的安全防范策略以及運(yùn)動(dòng)的精確性。例如水流速度、沖擊力、壓強(qiáng)等不確定環(huán)境因素在機(jī)器人路徑規(guī)劃控制中引入了很強(qiáng)的干擾和隨機(jī)性，導(dǎo)致常規(guī)規(guī)劃方法難以實(shí)現(xiàn)最佳的控制和高精度的定位。另外，因?yàn)楣I(yè)現(xiàn)場設(shè)備的不規(guī)則，使得機(jī)器人如何處理復(fù)雜障礙例如U型障礙、對稱障礙等也將是評價(jià)水下清洗機(jī)器人路徑導(dǎo)航規(guī)劃性能的關(guān)鍵。因此，如何設(shè)計(jì)一種快速、高精度、高可靠性、實(shí)時(shí)性強(qiáng)、具有實(shí)際操作性的水下清洗作業(yè)機(jī)器人未知環(huán)境路徑規(guī)劃方法是解決安全高效的水下工業(yè)清洗作業(yè)的關(guān)鍵難題。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供了一種水下清洗作業(yè)機(jī)器人未知環(huán)境路徑規(guī)劃方法。本路徑規(guī)劃方法可以實(shí)現(xiàn)在水下對機(jī)器人穩(wěn)定性的控制、高效避障、快速完成規(guī)劃，使機(jī)器人更趨于類人化、靈活化，同時(shí)可以處理U型陷阱障礙和復(fù)雜對稱障礙問題，使機(jī)器人不會(huì)在U型障礙中無法脫離。本發(fā)明的所采用的具體技術(shù)方案是—種水下清洗作業(yè)機(jī)器人未知環(huán)境路徑規(guī)劃方法，其特征在于，包含下述步驟1)通過加速度傳感器測量值a(t)和陀螺儀角加速度傳感器的測量值b(t)計(jì)算得到機(jī)器人當(dāng)前運(yùn)動(dòng)速度V、機(jī)器人當(dāng)前位置與目標(biāo)點(diǎn)的距離D、機(jī)器人姿態(tài)角O1以及機(jī)器人姿態(tài)方位與目標(biāo)方位的夾角Δω；同時(shí)通過水下激光測距傳感器直接測量得到機(jī)器人距離障礙物的距離S和機(jī)器人前進(jìn)方向與障礙物所構(gòu)成的方位夾角Φ；2)將D、ωι、Δω、V進(jìn)行模糊化處理后分別形成模糊變量Df、ω1F、cof、Vf并作為第一模糊控制器的輸入變量；將S、Φ進(jìn)行模糊化處理后分別形成模糊變量sF、ΦΡ作為第二模糊控制器的輸入變量；CO1和Δω的論域均為[_180，180]°，Φ的論域?yàn)閇-90，90]°，其中符號(hào)為負(fù)表示在逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的夾角，符號(hào)為正表示順時(shí)針旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的夾角；對應(yīng)的模糊量ω1ρ、ωΡ、ΦΡ的語言值為[NL(負(fù)大)，W(負(fù)中)，NS(負(fù)小)，ZO(零)，PS(負(fù)小)，PM(負(fù)中)，PL(負(fù)大)，]；D、S的論域?yàn)?，單位為米，對?yīng)的模糊量Df、Sf的語言值為[VS(非常小)，S(小)，M(中)，L(大)，VL(非常大)]；V的論域?yàn)閙/s，對應(yīng)的模糊量Vf的語言值為[S(慢)，M(中)，F(xiàn)(快)]；第一模糊控制器采用帶比例參數(shù)調(diào)整的自校正結(jié)構(gòu)，輸入量為Df、ωιρ>(0F、VF，輸出量為U1和;第一模糊控制器為兩級結(jié)構(gòu)，包括第一級模糊控制器和第二級比例模糊控制器；第一級模糊控制器輸入變量為Df和ωρ；輸出變量為&、0!；第一級模糊控制器的規(guī)則表為(U,,θι)03FNLNMNSZOPSPMPLVS(VS,PL)(VS,PM)(S,PM)(S,Z0)(S,NM)(VS,NM)(VS,NL)Dh,S(VS,PL)(S,PM)(M,PS)(M,Z0)(M,NS)(S,NM)(VS,NL)M(S,PM)(M,PM)(L,PS)(L,Z0)(L,NS)(M,剛)(S,NM)L(S,PM)(M，PS)(L,PS)(VL,Z0)(L,NS)(M,NS)(S,麗)VL(Μ,PM)(L,PS)(VL,PS)(VL,Z0)(VL,NS)(L,NS)(Μ,NM)第二級比例模糊控制器的輸入量為、~θ,、co1F、VF，輸出量為U1和θ工，輸入輸出之間的關(guān)系為U,=<Xmir)(U,,KVF}>·,θ,=<λθι+(\-λ)ωιΡ>·,其中<·>表示取整運(yùn)算；K為常量，取值為2;'14<Df<160.753<Df<4λ為比例因子，表達(dá)式為義=FfDJ=-0.52<Df<3；0.25l<Df<200<Df<1第二模糊控制器用于避障控制，輸入量為SF、ΦΡ，輸出量為模糊控制量θΗ，θΗ定義的模糊語言值為[NL(負(fù)大)，匪(負(fù)中)，NS(負(fù)小)，ZO(零)，PS(正小)，PS(正中)，PS(正大)]。，其中正表示順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，負(fù)表示逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)；第二模糊控制器的規(guī)則表為<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>3)第一模糊控制器和第二模糊控制器的輸出量輸入到第三模糊控制器，第三模糊控制器的模糊輸出經(jīng)過清晰化接口得到前進(jìn)驅(qū)動(dòng)力和旋轉(zhuǎn)角的數(shù)值；所述的第三模糊控制器的輸入量為U”θ工和θπ；輸出量為最終的模糊驅(qū)動(dòng)力Uf和模糊旋轉(zhuǎn)角度θρ；Uf的模糊語言值為[VS(非常小)，S(小)，M(中)，L(大)，VL(非常大)]，θ的模糊語言值為[NL(負(fù)大)，匪(負(fù)中)，NS(負(fù)小)，Ζ0(零)，PS(正小)，PS(正中)，PS(正大)]。其中正表示向左旋轉(zhuǎn)，負(fù)表示向右旋轉(zhuǎn)；第三模糊控制的模糊規(guī)則表為<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>所述的水下清洗作業(yè)機(jī)器人未知環(huán)境路徑規(guī)劃方法還包括一自適應(yīng)學(xué)習(xí)評估步驟該步驟通過一個(gè)自適應(yīng)學(xué)習(xí)評估器對模糊輸入變量的性能進(jìn)行評估，并通過性能評估規(guī)則庫進(jìn)行推理從而動(dòng)態(tài)改變第一模糊控制器和第二模糊控制器的控制規(guī)則，具體操作如下①當(dāng)ω2和D在Tl時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生N次振蕩，說明機(jī)器人陷入在U型障礙的區(qū)域內(nèi)重復(fù)路徑運(yùn)動(dòng)，則在振蕩曲線的拐點(diǎn)處，將第二模糊控制器的規(guī)則庫對應(yīng)規(guī)則由N改為P，由P改為N，即由向左轉(zhuǎn)改為向右轉(zhuǎn)，向右轉(zhuǎn)改為向左轉(zhuǎn)；②當(dāng)ωι、《2和D在Τ2秒內(nèi)變化率均小于ρ，說明機(jī)器人存在機(jī)械故障或者在前進(jìn)方向上與障礙物發(fā)生接觸而強(qiáng)迫停止，其中Τ2選取3-8中的一個(gè)值，ρ為5%，則修改第三模糊控制器中的規(guī)則庫中關(guān)于驅(qū)動(dòng)力Uf的控制規(guī)則，使機(jī)器人后退1-3米，再修改關(guān)于θ控制，使機(jī)器人旋轉(zhuǎn)90°或者180°。步驟1)中關(guān)于計(jì)算機(jī)器人運(yùn)動(dòng)參數(shù)的具體公式如下ω工初值為0°，初始位置坐標(biāo)(X(1，y0)=(0,0),t時(shí)刻的機(jī)器人姿態(tài)角ω工為<formula>formulaseeoriginaldocumentpage9</formula>t時(shí)刻機(jī)器人的前進(jìn)速度為<formula>formulaseeoriginaldocumentpage9</formula>t時(shí)刻機(jī)器人的位置坐標(biāo)的橫坐標(biāo)χ和縱坐標(biāo)y為<formula>formulaseeoriginaldocumentpage9</formula>另外，路徑目標(biāo)點(diǎn)的坐標(biāo)為(Dx，Dy)，為給定值，則可以進(jìn)一步計(jì)算得到t時(shí)刻的機(jī)器人當(dāng)前位置與目標(biāo)點(diǎn)的距離D的表達(dá)式為<formula>formulaseeoriginaldocumentpage9</formula>t時(shí)刻的目標(biāo)方位角為<formula>formulaseeoriginaldocumentpage10</formula>t時(shí)刻機(jī)器人姿態(tài)方位與目標(biāo)方方位的夾角為<formula>formulaseeoriginaldocumentpage10</formula>有益效果1.將帶有自適應(yīng)學(xué)習(xí)特性的模糊控制器用于水下作業(yè)清洗智能機(jī)器人的路徑規(guī)劃問題上，使機(jī)器人規(guī)劃的路徑軌跡更趨向于人性化，滿足人類期望的路徑要求，同時(shí)具有更高的穩(wěn)定性；2.針對水下惡劣的作業(yè)環(huán)境，對機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)速度和運(yùn)動(dòng)姿態(tài)進(jìn)行可靠的控制，增加了機(jī)器人在水下的安全系數(shù)；3.自適應(yīng)學(xué)習(xí)功能可以使模糊控制器不斷的改進(jìn)控制規(guī)則，使機(jī)器人在學(xué)習(xí)中不斷改善對U型障礙和對稱障礙的處理方法，從而逃出障礙陷阱，使水下清洗作業(yè)機(jī)器人可以應(yīng)對更加復(fù)雜多變的水下障礙環(huán)境。該方法為一種未知環(huán)境下軌跡規(guī)劃的自適應(yīng)學(xué)習(xí)模糊控制方法。其特征在于模擬人的路徑規(guī)劃思維、避障思維、以及快速規(guī)劃優(yōu)先還是避障優(yōu)先的智能決策思維，對應(yīng)的提出三種不同的子模糊控制器用于處理三類問題，同時(shí)通過對被控機(jī)器人運(yùn)動(dòng)結(jié)果性能的評估，相應(yīng)的修改模糊控制器的規(guī)則庫，使之能夠應(yīng)對更復(fù)雜的外界擾動(dòng)和有效地解決U型障礙和對稱障礙的問題，使機(jī)器人在更復(fù)雜環(huán)境下也可以完成規(guī)劃任務(wù)到達(dá)目的地。本發(fā)明能夠克服水下復(fù)雜環(huán)境因素對機(jī)器人路徑規(guī)劃的不確定性影響，提高機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)安全性，既具有模糊控制魯棒性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)又通過自適應(yīng)學(xué)習(xí)功能避免了模糊控制規(guī)則單一、對環(huán)境適應(yīng)度差的缺點(diǎn)，使機(jī)器人能夠更好的適應(yīng)水下復(fù)雜的工業(yè)環(huán)境。圖1是本發(fā)明方法的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；圖2是機(jī)器人傳感器信息變量示意圖；圖3是模糊化隸屬度函數(shù)圖；a圖是《J機(jī)器人姿態(tài)角)模糊化三角隸屬度函數(shù)，b圖是△ω(機(jī)器人姿態(tài)方位與目標(biāo)方方位的夾角)模糊化三角隸屬度函數(shù)，c圖是Φ(機(jī)器人前進(jìn)方向與障礙物所構(gòu)成的方位夾角)模糊化三角隸屬度函數(shù)，d圖是V(機(jī)器人的速度)模糊化梯形隸屬度函數(shù)，e圖是D(機(jī)器人距目標(biāo)點(diǎn)的距離)模糊化梯形隸屬度函數(shù)，f圖是S(機(jī)器人距障礙物的距離)模糊化梯形隸屬度函數(shù)圖4是第一模糊控制器(目標(biāo)導(dǎo)航控制器)的結(jié)構(gòu)圖；圖5是第二模糊控制器(避障控制器)的結(jié)構(gòu)圖；圖6是第三模糊控制器(最優(yōu)決策控制器)的結(jié)構(gòu)圖；圖7是第三模糊控制器的決策分析結(jié)果示意圖；a圖表示障礙物在機(jī)器人右側(cè)并且距離很近時(shí)，機(jī)器人決策分析后選擇從左側(cè)繞過，雖然路徑長但是相對安全，b圖表示障礙物在機(jī)器人右側(cè)但是距離較遠(yuǎn)時(shí)，機(jī)器人決策分析后選擇大角度右轉(zhuǎn)從右側(cè)繞過圖8是機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)模型示意圖；a圖表示左右履帶運(yùn)動(dòng)方向相同時(shí)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)分析圖，b圖表示左右履帶運(yùn)動(dòng)方向相反時(shí)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)分析圖圖9是自適應(yīng)學(xué)習(xí)評估器的結(jié)構(gòu)圖10是自適應(yīng)學(xué)習(xí)評估器處理U型障礙過程的分析示意圖；a圖表示在U型障礙中機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)軌跡，b圖表示參數(shù)ω2(目標(biāo)方位角)對應(yīng)左圖軌跡運(yùn)動(dòng)時(shí)的數(shù)值變化，c圖表示參數(shù)D(機(jī)器人距離目標(biāo)的距離)對應(yīng)左圖軌跡運(yùn)動(dòng)時(shí)的變化圖11是自適應(yīng)學(xué)習(xí)評估器處理對稱型障礙過程的分析示意圖；a圖表示在對稱障礙中機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)軌跡，b圖表示參數(shù)《J機(jī)器人姿態(tài)角)和ω2(目標(biāo)方位角)對應(yīng)左圖軌跡運(yùn)動(dòng)時(shí)的數(shù)值變化，c圖表示參數(shù)D(機(jī)器人距離目標(biāo)的距離)對應(yīng)左圖軌跡運(yùn)動(dòng)時(shí)的變化。圖12是本專利所使用的路徑規(guī)劃方法的實(shí)驗(yàn)仿真結(jié)果圖。a圖是在第一種障礙環(huán)境下的路徑仿真結(jié)果圖，b圖是在第二種障礙環(huán)境下的路徑仿真結(jié)果圖，c圖是在第三種障礙環(huán)境(含復(fù)雜的U型陷阱障礙)下的路徑仿真結(jié)果圖圖中T-目標(biāo)點(diǎn)，Q-障礙物，M-機(jī)器人。具體實(shí)施例方式以下將結(jié)合圖和具體實(shí)施過程對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明實(shí)施例1本發(fā)明技術(shù)方案的總體框架圖如圖1所示，具體步驟為1)通過計(jì)算加速度傳感器和陀螺儀角加速度傳感器的測量值計(jì)算得到機(jī)器人當(dāng)前運(yùn)動(dòng)速度和位置坐標(biāo)，同時(shí)通過水下激光測距傳感器探測附近障礙物距離和方位角。因?yàn)闄C(jī)器人在與履帶輪垂直方向上的滑動(dòng)很小，近似可以忽略不計(jì)，所以機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)可以分解成機(jī)器人沿履帶方向(前后方向)的直線運(yùn)動(dòng)和豎直軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。如圖2(俯視圖)所示，安裝在機(jī)器人主體上的加速度傳感器和陀螺儀傳感器分別直接測量獲得機(jī)器人前后方向的加速度(向前為正，向后為負(fù))和豎直軸的角加速度。機(jī)器人在初始點(diǎn)進(jìn)行位置調(diào)零，當(dāng)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)時(shí)對加速度和角加速度進(jìn)行一次積分獲得前進(jìn)方向上的運(yùn)動(dòng)速度和豎直軸旋轉(zhuǎn)角速度；對加速度二次積分并通過計(jì)算則可以獲得機(jī)器人當(dāng)前X、Y方向的相對位移坐標(biāo)(x，y)、機(jī)器人姿態(tài)角Q1、目標(biāo)方位角ω2以及機(jī)器人姿態(tài)方位與目標(biāo)方位的夾角Δω。具體計(jì)算公式如下設(shè)加速度傳感器(安裝在機(jī)器人的中心點(diǎn)上并且與履帶方向平行)的測量值為a(t)，陀螺儀角加速度傳感器(安裝在機(jī)器人的中心點(diǎn)上)測量值為b(t)(逆時(shí)針方向?yàn)樨?fù))，機(jī)器人姿態(tài)調(diào)零后的初始狀態(tài)為平行于Y軸，即初始姿態(tài)角Q1=0°，初始位置坐標(biāo)(x0,Y0)=(0，0)。以上a(t)，b(t)均是關(guān)于時(shí)間的函數(shù)，表示機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)是一個(gè)變速過程，a(t)單位為m/s2，b(t)單位為。/S20①T時(shí)刻機(jī)器人的姿態(tài)角為W1=J^^b(t)dtdt②T時(shí)刻機(jī)器人的前進(jìn)速度為V=^Vx2+Vy2=a(t)Sinfco1)dt)2+(^a(t)cosfty,)dtf=|ra(t)sin(￡b{t)dtdt)dtf+(a(t)cos(fj[b{t)dtdt)dtfT時(shí)刻機(jī)器人的位置坐標(biāo)為<formula>formulaseeoriginaldocumentpage12</formula>另外，路徑目標(biāo)點(diǎn)的坐標(biāo)為(Dx，Dy)，為給定值，則可以進(jìn)一步計(jì)算得到③T時(shí)刻機(jī)器人距離目標(biāo)點(diǎn)的距離為<formula>formulaseeoriginaldocumentpage12</formula>T時(shí)刻目標(biāo)方位角為<formula>formulaseeoriginaldocumentpage12</formula>④T時(shí)刻機(jī)器人姿態(tài)方位與目標(biāo)方方位的夾角為<formula>formulaseeoriginaldocumentpage12</formula>通過以上的計(jì)算得到了機(jī)器人的導(dǎo)航信息，另外使用激光測距傳感器，以某一方向角度上發(fā)出激光信號(hào)，測量發(fā)出原信號(hào)與接收反射信號(hào)的時(shí)間差計(jì)算出當(dāng)前方向上距離的障礙物距離。激光傳感器能測量大角度范圍內(nèi)的障礙物距離，例如SICK(施克)公司的激光測距傳感器LMS221、LMS211、LMS291、LMS200、LMS400等。傳感器直接測量輸出機(jī)器人距離障礙物的距離S和機(jī)器人前進(jìn)方向與障礙物所構(gòu)成的方位夾角Φ。最后，將得到的D、ωι、Δω、V、S、0輸入到步驟2)進(jìn)行模糊化處理。其中D、(^、Δω、V進(jìn)行模糊化處理后作為第一模糊控制器的輸入變量；S、Φ進(jìn)行模糊化處理后作為第二模糊控制器的輸入變量。2)將步驟1)的兩組精確變量(即機(jī)器人位置姿態(tài)信息D、ωρΔω、V和障礙物信息S、Φ)進(jìn)行模糊化處理后作為步驟3)、4)的輸入；步驟1)中已經(jīng)得到的機(jī)器人位置姿態(tài)信息D、ωρΔω、V和障礙物信息S、Φ，現(xiàn)在通過模糊化接口轉(zhuǎn)化為模糊變量Df、ω1ρ、ωρ、VjPSF、Φρο為各模糊變量定義論域和語言值(O1和Δω的論域均為[-180，180]°，Φ的論域?yàn)閇-90，90]°，其中符號(hào)為負(fù)表示在逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的夾角，符號(hào)為正表示順時(shí)針旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的夾角；對應(yīng)的模糊量ω1ρ、ωΡ、ΦΡ的語言值為[NL(負(fù)大)，W(負(fù)中)，NS(負(fù)小)，ZO(零)，PS(負(fù)小)，PM(負(fù)中)，PL(負(fù)大)，]；D、S的論域?yàn)槊?，對?yīng)的模糊量Df、Sf的語言值為[VS(非常小)，S(小)，M(中)，L(大)，VL(非常大)]；V的論域?yàn)閙/s，對應(yīng)的模糊量Vf的語言值為[S(慢)，M(中)，F(xiàn)(快)]。如圖3所示，用三角隸屬度函數(shù)將Δω、ωι、Φ轉(zhuǎn)換成coF、ω1ρ、Φρ，利用梯形隸屬度函數(shù)將D、S、V轉(zhuǎn)換為Df、Sf、Vf。其中三角隸屬度函數(shù)如下梯形隸屬度函數(shù)如下<formula>formulaseeoriginaldocumentpage13</formula>ωι、Δω是機(jī)器人姿態(tài)的角度值，根據(jù)實(shí)際情況設(shè)定區(qū)間范圍為(-180，180]，如果計(jì)算后不在此區(qū)間范圍則通過下式步驟進(jìn)行轉(zhuǎn)換步驟①xe(-180,180]是否成立，是則結(jié)束，否則轉(zhuǎn)步驟②；步驟②如果χ≤-180，則x+180—χ,轉(zhuǎn)步驟①，否則轉(zhuǎn)步驟③；步驟③χ-180—X，轉(zhuǎn)步驟①。障礙物的方位角Φ是來自激光測距傳感器的直接測量輸出，輸出范圍為(-90，90](不同傳感器的角度測量范圍不同)，按圖示進(jìn)行區(qū)間劃分。3)將步驟2)中模糊化處理后的用于導(dǎo)航控制的模糊量輸入子第一模糊控制器進(jìn)行導(dǎo)航推算，輸出模糊量為前進(jìn)軸方向的驅(qū)動(dòng)力和導(dǎo)航旋轉(zhuǎn)角；第一模糊控制器用于完成軌跡最優(yōu)規(guī)劃和運(yùn)動(dòng)速度控制。同時(shí)，該機(jī)器人需要對軌跡末端姿態(tài)進(jìn)行調(diào)整，即按設(shè)定旋轉(zhuǎn)到相應(yīng)的姿態(tài)。如圖4所示，第一模糊控制器采用帶比例參數(shù)調(diào)整的自校正結(jié)構(gòu)，通過Df調(diào)整控制比例因子λ，輸入變量為隊(duì)和COf;輸出變量為&、^，同時(shí)也是二級比例模糊控制的輸入，i的論域和語言值定義與Df相同，i的論域和語言值定義與ωρ相同。Vf輸入變量用于機(jī)器人速度模糊控制、ω1ρ則是機(jī)器人終態(tài)時(shí)姿態(tài)調(diào)整的模糊輸入。通過對Df的進(jìn)行分析進(jìn)而動(dòng)態(tài)調(diào)整比例因子λ，使控制器在初始以及向目標(biāo)前進(jìn)時(shí)目標(biāo)控制作用占主導(dǎo)，在終態(tài)進(jìn)行姿態(tài)調(diào)整時(shí)不斷減少目標(biāo)控制的主導(dǎo)性使姿態(tài)調(diào)整控制器發(fā)揮主要作用。這樣設(shè)計(jì)的好處是可以不僅可以快速的對軌跡進(jìn)行規(guī)劃，同時(shí)在從快速運(yùn)動(dòng)階段過渡到軌跡末端姿態(tài)調(diào)整階段時(shí)，使機(jī)器人的動(dòng)作更加具有類人性，平穩(wěn)性，消除過渡時(shí)明顯的機(jī)械性。定義規(guī)則庫一并結(jié)合目標(biāo)推理，制定以模糊變量隊(duì)和輸入，(C/i，為輸出的模糊控制矩陣查詢表如下<table>tableseeoriginaldocumentpage13</column></row><table>表1輸出U1和Q1由下列規(guī)則計(jì)算得到U1=<Xmii)[Ui,KVF}>Q1=<λθ1+(1-λ)ω1Ρ>比例因子λ以Df為輸入的函數(shù)如下<formula>formulaseeoriginaldocumentpage14</formula>其中<·>表示取整運(yùn)算；K為常量取2由計(jì)算公式可以知道U1取決于&,和KVf的最小值，說明在對機(jī)器人的速度上實(shí)現(xiàn)了安全的控制；同時(shí)與比例因子λ相乘，使機(jī)器人在規(guī)劃任務(wù)的末期逐步減小導(dǎo)航驅(qū)動(dòng)力，使機(jī)器人最終停止。而Q1是由^和COif的比例輸出，在任務(wù)初始和中間過程中，λ=1，即此時(shí)以&為完全輸出，體現(xiàn)了現(xiàn)在處于導(dǎo)航過程；當(dāng)在規(guī)劃任務(wù)末期時(shí)，λ逐漸減小，使^輸出比例逐漸減小，ωιρ的輸出比例逐漸增加，體現(xiàn)了機(jī)器人由導(dǎo)航狀態(tài)向姿態(tài)調(diào)整狀態(tài)的過度，正因?yàn)榇嬖谶@種λ比例調(diào)節(jié)的機(jī)制，使機(jī)器人能夠快速在導(dǎo)航過程末期就實(shí)現(xiàn)姿態(tài)的調(diào)整，而不必在導(dǎo)航完成后再在原地進(jìn)行姿態(tài)調(diào)整，從而提高了任務(wù)的完成速度。4)將步驟2)中模糊化處理后的障礙物距離和方位角這兩個(gè)模糊量輸入第二模糊控制器用于避障控制，輸出模糊量為避障旋轉(zhuǎn)角；如圖5所示，第二模糊控制器的輸出為模糊控制量θ，θπ的模糊語言值為[NL(負(fù)大)，匪(負(fù)中)，NS(負(fù)小)，Ζ0(零)，PS(正小)，PS(正中)，PS(正大)]，同時(shí)ΘΗ也是第三模糊控制器的輸入。以&、ΦΡ*輸入，制定規(guī)則庫二(避障規(guī)則庫)，經(jīng)過避障推理，建立模糊控制矩陣查詢表如下<table>tableseeoriginaldocumentpage14</column></row><table>表2例如表2中，~=P^\s^s,0f=nm，體現(xiàn)的規(guī)則為障礙物距離機(jī)器人為S(小)，障礙物方位角為匪(左側(cè)，與機(jī)器人前進(jìn)方向夾角為中等大小)，則輸出避障旋轉(zhuǎn)控制量為PM(向右側(cè)旋轉(zhuǎn)中等程度角度)，這種規(guī)則是符合人類的思維方式的。另外當(dāng)ΦΡ=Ζ0，即認(rèn)為障礙物出現(xiàn)在機(jī)器人前進(jìn)方向上時(shí)，默認(rèn)規(guī)定向左旋轉(zhuǎn)，從左側(cè)繞開障礙物。5)第一模糊控制器、第二模糊控制器的模糊輸出量輸入到子第三模糊控制器，第三模糊控制器則根據(jù)相應(yīng)的規(guī)則庫推算出最終的模糊輸出，并且經(jīng)過清晰化(即去模糊化)接口得到前進(jìn)驅(qū)動(dòng)力和旋轉(zhuǎn)角；如圖6所示，第三模糊控制器的輸入變量是第一模糊控制器的輸出變量仏、θχ和第二模糊控制器的輸出變量θ，經(jīng)過最優(yōu)決策的模糊推理輸出最終的模糊驅(qū)動(dòng)力Uf和模糊旋轉(zhuǎn)角度θF，再通過清晰化接口輸出并經(jīng)過建立的運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)轉(zhuǎn)換模型轉(zhuǎn)化為驅(qū)動(dòng)左右履帶液壓馬達(dá)的控制力矩禮、Mk實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)。第一模糊控制器是導(dǎo)航控制器，第二模糊控制器是避障控制器，在機(jī)器人向目標(biāo)運(yùn)動(dòng)時(shí)軌跡計(jì)算和避障問題同時(shí)存在，因而兩個(gè)模糊控制器時(shí)時(shí)刻刻都存在輸出，第三模糊控制器的作用是如何最優(yōu)的將控制器一、二的控制量進(jìn)行模糊的調(diào)配，使其在完成良好避障的情況下，實(shí)現(xiàn)快速軌跡運(yùn)動(dòng)的目的。因而，第三模糊控制器實(shí)際為模糊決策器。U1,θχ同為第一模糊控制器的輸出，具有獨(dú)立性，U1,θ工和θ的論域在控制器一、二中已經(jīng)做了定義，模糊輸出Uf的模糊語言值為[VS(非常小)，S(小)，M(中)，L(大)，VL(非常大)]，模糊語言值為[NL(負(fù)大)，匪(負(fù)中)，NS(負(fù)小)，ZO(零)，PS(正小)，PS(正中)，PS(正大)]。第三模糊控制器決策的規(guī)則可以歸納為表3、表4如下<table>tableseeoriginaldocumentpage15</column></row><table>表3<table>tableseeoriginaldocumentpage16</column></row><table>表4規(guī)則說明機(jī)器人旋轉(zhuǎn)角模糊控制量θF的存在著突變，例如當(dāng)Q1=PL時(shí)，0n=NL，θρ輸出為NL，θπ=NM,θF輸出為PL。這種突變的模糊規(guī)則，實(shí)際上就是模仿人在圖7所示情況下對路徑的最優(yōu)選擇，是選擇最短路徑到達(dá)目標(biāo)還是以最安全的路徑到達(dá)目標(biāo)，在圖中表示為是從障礙物左邊慢慢繞過還是急轉(zhuǎn)從右邊快速到達(dá)。在圖7(左)中，雖然為了躲避障礙物會(huì)使機(jī)器人偏離目標(biāo)點(diǎn)角度增大，但是由于障礙物距離機(jī)器人太近太正，為了安全也只能選擇從上方繞過障礙物的方式。而在圖7(右)中，恰恰可以選擇從下方急轉(zhuǎn)躲避障礙物朝目標(biāo)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)。以上這些模糊規(guī)則在規(guī)則表中即呈現(xiàn)出輸出突變的狀態(tài)(~=肌丨&尸W札=^^=凡而=謝)。當(dāng)然，實(shí)際圖示狀況可能出現(xiàn)幾率較低，因?yàn)楦鶕?jù)其他規(guī)則，在障礙物還沒有距離如此近的情況下，控制器已經(jīng)控制機(jī)器人對準(zhǔn)目標(biāo)運(yùn)動(dòng)。6)建立機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)控制模型，并通過該模型將步驟5)得到的理論推導(dǎo)下的前進(jìn)驅(qū)動(dòng)力和旋轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)換為實(shí)際履帶機(jī)構(gòu)中左右液壓馬達(dá)的驅(qū)動(dòng)力，并對機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生直接作用從而完成理論到實(shí)際的轉(zhuǎn)化；機(jī)器人運(yùn)動(dòng)模型建立過程分析如下當(dāng)左右兩輪的運(yùn)動(dòng)方向相同如圖8(a)，當(dāng)左右兩輪的運(yùn)動(dòng)方向相反如圖8(b)，根據(jù)相似三角形關(guān)系有<formula>formulaseeoriginaldocumentpage16</formula>由上兩式計(jì)算得旋轉(zhuǎn)半徑<formula>formulaseeoriginaldocumentpage16</formula>旋轉(zhuǎn)角速度<formula>formulaseeoriginaldocumentpage16</formula>于是得到<formula>formulaseeoriginaldocumentpage16</formula>其中\(zhòng)表示機(jī)器人左側(cè)履帶運(yùn)動(dòng)速度、Vk表示機(jī)器人右側(cè)履帶運(yùn)動(dòng)速度、V表示機(jī)器人實(shí)際運(yùn)動(dòng)速度、ω表示機(jī)器人實(shí)際旋轉(zhuǎn)速度、L表示機(jī)器人左右履帶的垂直距離、R表示機(jī)器人旋轉(zhuǎn)的半徑；\、VK、V為正表示前進(jìn)方向，為負(fù)表示后退方向；ω為正表示逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，為負(fù)表示順時(shí)針旋轉(zhuǎn)。機(jī)器人的馬達(dá)可以進(jìn)行速度控制，假設(shè)左右兩馬達(dá)的控制轉(zhuǎn)速為ηΜΙ、ηΜΚ，則左右履帶輪運(yùn)動(dòng)速度\、Vk與對應(yīng)的馬達(dá)呈比例關(guān)系Vl=KiimlVk=KIIMK其中K近似等于履帶驅(qū)動(dòng)輪半徑(忽略履帶厚度，因?yàn)槁膸Ш穸冗h(yuǎn)小于履帶驅(qū)動(dòng)輪半徑)。于是進(jìn)一步得到控制左右馬達(dá)的轉(zhuǎn)速為<formula>formulaseeoriginaldocumentpage17</formula>通過上兩式，將模糊控制器的輸出V和ω轉(zhuǎn)換成了實(shí)際馬達(dá)的控制轉(zhuǎn)速，使該方法具有直接實(shí)現(xiàn)性和可操作性。其中L為機(jī)器人兩輪的間距，K近似為履帶輪半徑。7)與步驟3)、4)、5)并行處理的自適應(yīng)學(xué)習(xí)評估器對模糊輸入變量的性能進(jìn)行評估，并通過性能評估規(guī)則庫進(jìn)行推理動(dòng)態(tài)改變規(guī)則庫二、三的控制規(guī)則，即用于避障控制和用于決策控制的規(guī)則。如圖10、圖11左側(cè)所示，實(shí)際工業(yè)現(xiàn)場往往具有復(fù)雜的環(huán)境而且障礙物的形狀也使機(jī)器人難以利用常規(guī)的模糊規(guī)則避開障礙物或者逃出“陷阱”。自適應(yīng)學(xué)習(xí)評估器則是為了解決這類問題，如圖9所示為其原理示意圖，以D、ωι、ω2(即步驟1)中的《rccot^^)、V、S、Φ為輸入，評估器先判斷當(dāng)前機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)特性和運(yùn)動(dòng)階段，按照知識(shí)庫相應(yīng)的規(guī)則更新第二、第三模糊控制器的規(guī)則庫，使新規(guī)則庫更適應(yīng)當(dāng)前的運(yùn)動(dòng)過程的控制。如圖10所示，a圖表示在U型障礙中機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)軌跡，b圖表示參數(shù)ω2(目標(biāo)方位角)對應(yīng)左圖軌跡運(yùn)動(dòng)時(shí)的數(shù)值變化，c圖表示參數(shù)D(機(jī)器人距離目標(biāo)的距離)對應(yīng)左圖軌跡運(yùn)動(dòng)時(shí)的變化，三張圖中A、B、C、D、E表示不同時(shí)間點(diǎn)。在U型障礙中機(jī)器人容易在D處繼續(xù)重復(fù)上次的判斷，即與在B點(diǎn)的判斷相同，導(dǎo)致機(jī)器人沿B(D)—C路徑重復(fù)在陷阱中(左圖所示)，表現(xiàn)為《2和0相對于時(shí)間軸呈現(xiàn)出振蕩的特點(diǎn)(b圖和c圖所示)。當(dāng)檢測到這種情況，可以更新第二模糊控制器的規(guī)則庫(表2)，原為=NMIsf=^f=PMA,=ZOIsf-，更新后規(guī)則為~=PSIsf^pmMi1=PA^=Wyi等，當(dāng)《2和0的振蕩現(xiàn)象消除后(達(dá)到軌跡中E點(diǎn)處)再更新為原規(guī)則。另外一種復(fù)雜的障礙如圖11所示圖11的說明，a圖表示在對稱障礙中機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)軌跡，b圖表示參數(shù)《J機(jī)器人姿態(tài)角)和ω2(目標(biāo)方位角)對應(yīng)左圖軌跡運(yùn)動(dòng)時(shí)的數(shù)值變化，c圖表示參數(shù)D(機(jī)器人距離目標(biāo)的距離)對應(yīng)左圖軌跡運(yùn)動(dòng)時(shí)的變化，三張圖中A、B、C、D、E、F、G、H、I表示不同時(shí)間點(diǎn)。雖然此時(shí)Q1和ω2呈現(xiàn)振蕩特點(diǎn)(b圖所示)，但是D卻表現(xiàn)為輕微振蕩收斂減小的趨勢(c圖所示)，說明機(jī)器人總體正朝目標(biāo)接近(a圖所示)，規(guī)劃任務(wù)正常進(jìn)行。基于以上判斷知識(shí)，最終為學(xué)習(xí)評估器添加如下知識(shí)庫①如果《2和D在t時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生N次振蕩，說明機(jī)器人陷入在U型障礙的區(qū)域此處檢測的目的是判斷機(jī)器人是否掉入如圖10(a)所示的U型障礙中，對于U型障礙的區(qū)域大小并不關(guān)心內(nèi)重復(fù)路徑運(yùn)動(dòng)，其中t的取值與機(jī)器人運(yùn)動(dòng)速度有關(guān)，取t=5秒。N的數(shù)值則根據(jù)實(shí)時(shí)性要求而選取不同的值，N越小，則對陷阱判斷越快，但N最小取1，一般可以取3；那么在振蕩曲線的拐點(diǎn)處，將規(guī)則庫二對應(yīng)規(guī)則由N(P)改為P(N)，即由向左(右)轉(zhuǎn)改為向右(左)轉(zhuǎn)。②如果ω”ω2和D在t秒內(nèi)變化率均小于P，說明機(jī)器人存在機(jī)械故障或者在前進(jìn)方向上與障礙物發(fā)生接觸而強(qiáng)迫停止，(其中t一般選取3-8，ρ一般小于5%)那么修改規(guī)則庫三中關(guān)于驅(qū)動(dòng)力Uf的控制規(guī)則，使機(jī)器人低速比如開始Uf=L(表示前進(jìn)驅(qū)動(dòng)力大)，此時(shí)則是Uf=VS(非常小)，則對應(yīng)的機(jī)器人運(yùn)動(dòng)速度會(huì)變?。恢劣诤笸藙t只要改變電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向即可后退1-3米，再修改關(guān)于θF的控制，使機(jī)器人旋轉(zhuǎn)90°或者180°。結(jié)合實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，在該知識(shí)庫中增加更多規(guī)則可以增強(qiáng)機(jī)器人對更多的異常障礙情況的處理能力，增加本規(guī)劃方法的穩(wěn)定性和成功率。實(shí)驗(yàn)結(jié)果與總結(jié)本專利所述的一種水下清洗作業(yè)機(jī)器人未知環(huán)境路徑規(guī)劃方法在VC++.net2005下編程并通過ARIA(ActivMediaRoboticsInterfaceforApplications)接口在模擬仿真平臺(tái)MobileSim軟件下的實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖12所示。圖12的a圖是較簡單障礙下的路徑仿真結(jié)果；b圖的障礙物分布更復(fù)雜，但機(jī)器人仍可以避開障礙物到達(dá)目標(biāo)點(diǎn)；c圖表明路徑雖然存在擺動(dòng)，但是機(jī)器人最終仍然有效地逃離了U型障礙。實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了該方法具有實(shí)際可操作性和具體實(shí)現(xiàn)性。權(quán)利要求一種水下清洗作業(yè)機(jī)器人未知環(huán)境路徑規(guī)劃方法，其特征在于，包含下述步驟1)通過加速度傳感器測量值a(t)和陀螺儀角加速度傳感器的測量值b(t)計(jì)算得到機(jī)器人當(dāng)前運(yùn)動(dòng)速度V、機(jī)器人當(dāng)前位置與目標(biāo)點(diǎn)的距離D、機(jī)器人姿態(tài)角ω1以及機(jī)器人姿態(tài)方位與目標(biāo)方位的夾角Δω；同時(shí)通過水下激光測距傳感器直接測量得到機(jī)器人距離障礙物的距離S和機(jī)器人前進(jìn)方向與障礙物所構(gòu)成的方位夾角Φ；2)將D、ω1、Δω、V進(jìn)行模糊化處理后分別形成模糊變量DF、ω1F、ωF、VF并作為第一模糊控制器的輸入變量；將S、Φ進(jìn)行模糊化處理后分別形成模糊變量SF、ΦF作為第二模糊控制器的輸入變量；ω1和Δω的論域均為[-180，180]°，Φ的論域?yàn)閇-90，90]°，其中符號(hào)為負(fù)表示在逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的夾角，符號(hào)為正表示順時(shí)針旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的夾角；對應(yīng)的模糊量ω1F、ωF、ΦF的語言值為[NL(負(fù)大)，NM(負(fù)中)，NS(負(fù)小)，ZO(零)，PS(負(fù)小)，PM(負(fù)中)，PL(負(fù)大)，]；D、S的論域?yàn)?，單位為米，對?yīng)的模糊量DF、SF的語言值為[VS(非常小)，S(小)，M(中)，L(大)，VL(非常大)]；V的論域?yàn)閙/s，對應(yīng)的模糊量VF的語言值為[S(慢)，M(中)，F(xiàn)(快)]；第一模糊控制器采用帶比例參數(shù)調(diào)整的自校正結(jié)構(gòu)，輸入量為DF、ω1F、ωF、VF，輸出量為UI和θI；第一模糊控制器為兩級機(jī)構(gòu)，包括第一級模糊控制器和第二級比例模糊控制器；第一級模糊控制器輸入變量為DF和ωF；輸出變量為第一級模糊控制器的規(guī)則表為第二級比例模糊控制器的輸入量為ω1F、VF，輸出量為UI和θI，輸入輸出之間的關(guān)系為<mrow><msub><mi>U</mi><mi>I</mi></msub><mo>=</mo><mo><</mo><mi>λ</mi><mi>min</mi><mo>{</mo><msub><mover><mi>U</mi><mo>~</mo></mover><mi>I</mi></msub><mo>,</mo><msub><mi>KV</mi><mi>F</mi></msub><mo>}</mo><mo>></mo><mo>;</mo></mrow><mrow><msub><mi>θ</mi><mi>I</mi></msub><mo>=</mo><mo><</mo><mi>λ</mi><msub><mover><mi>θ</mi><mo>~</mo></mover><mi>I</mi></msub><mo>+</mo><mrow><mo>(</mo><mn>1</mn><mo>-</mo><mi>λ</mi><mo>)</mo></mrow><msub><mi>ω</mi><mrow><mn>1</mn><mi>F</mi></mrow></msub><mo>></mo><mo>;</mo></mrow>其中<·>表示取整運(yùn)算；K為常量，取值為2；第二糊控制器用于避障控制，輸入量為SF、ΦF，輸出量為模糊控制量θII，θII的模糊語言值為[NL(負(fù)大)，NM(負(fù)中)，NS(負(fù)小)，ZO(零)，PS(正小)，PS(正中)，PS(正大)]；第二模糊控制器的規(guī)則表為3)第一模糊控制器和第二模糊控制器的輸出量輸入到第三模糊控制器，第三模糊控制器的模糊輸出經(jīng)過清晰化接口得到前進(jìn)驅(qū)動(dòng)力和旋轉(zhuǎn)角的數(shù)值；所述的第三模糊控制器的輸入量為UI、θI和θII；輸出量為最終的模糊驅(qū)動(dòng)力UF和模糊旋轉(zhuǎn)角度θF；UF的模糊語言值為[VS(非常小)，S(小)，M(中)，L(大)，VL(非常大)]，θF的模糊語言值為[NL(負(fù)大)，NM(負(fù)中)，NS(負(fù)小)，ZO(零)，PS(正小)，PS(正中)，PS(正大)]；其中正表示向左旋轉(zhuǎn)，負(fù)表示向右旋轉(zhuǎn)；第三模糊控制的模糊規(guī)則表為所述的水下清洗作業(yè)機(jī)器人未知環(huán)境路徑規(guī)劃方法還包括一自適應(yīng)學(xué)習(xí)評估步驟該步驟通過一個(gè)自適應(yīng)學(xué)習(xí)評估器對模糊輸入變量的性能進(jìn)行評估，并通過性能評估規(guī)則庫進(jìn)行推理從而動(dòng)態(tài)改變第一模糊控制器和第二模糊控制器的控制規(guī)則，具體操作如下①當(dāng)ω2和D在T1時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生N次振蕩，說明機(jī)器人陷入在U型障礙的區(qū)域內(nèi)重復(fù)路徑運(yùn)動(dòng)，則在振蕩曲線的拐點(diǎn)處，將第二模糊控制器的規(guī)則庫對應(yīng)規(guī)則由N改為P，由P改為N，即由向左轉(zhuǎn)改為向右轉(zhuǎn)，向右轉(zhuǎn)改為向左轉(zhuǎn)；②當(dāng)ω1、ω2和D在T2秒內(nèi)變化率均小于p，說明機(jī)器人存在機(jī)械故障或者在前進(jìn)方向上與障礙物發(fā)生接觸而強(qiáng)迫停止，其中T2選取3-8中的一個(gè)值，p為5％，則修改第三模糊控制器中的規(guī)則庫中關(guān)于驅(qū)動(dòng)力UF的控制規(guī)則，使機(jī)器人后退1-3米，再修改關(guān)于θF的控制，使機(jī)器人旋轉(zhuǎn)90°或者180°。F2009102267073C00011.tif,F2009102267073C00022.tif,F2009102267073C00025.tif2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水下清洗作業(yè)機(jī)器人未知環(huán)境路徑規(guī)劃方法步驟1)中關(guān)于計(jì)算機(jī)器人運(yùn)動(dòng)參數(shù)的方法，其特征在于，初值為0°，初始位置坐標(biāo)(X(l，yci)=(0,0),t時(shí)刻的機(jī)器人姿態(tài)角(^為⑴1=f;t時(shí)刻機(jī)器人的前進(jìn)速度為<formula>formulaseeoriginaldocumentpage4</formula>t時(shí)刻機(jī)器人的位置坐標(biāo)的橫坐標(biāo)x和縱坐標(biāo)y為<formula>formulaseeoriginaldocumentpage4</formula>另外，路徑目標(biāo)點(diǎn)的坐標(biāo)為(Dx，Dy)，為給定值，則可以進(jìn)一步計(jì)算得到t時(shí)刻的機(jī)器人當(dāng)前位置與目標(biāo)點(diǎn)的距離D的表達(dá)式為<formula>formulaseeoriginaldocumentpage4</formula>t時(shí)刻的目標(biāo)方位角為<formula>formulaseeoriginaldocumentpage5</formula>t時(shí)刻機(jī)器人姿態(tài)方位與目標(biāo)方方位的夾角為<formula>formulaseeoriginaldocumentpage5</formula>全文摘要本發(fā)明提供了一種水下清洗作業(yè)機(jī)器人未知環(huán)境路徑規(guī)劃方法，該方法為一種未知環(huán)境下軌跡規(guī)劃的自適應(yīng)學(xué)習(xí)模糊控制方法。其特征在于模擬人的路徑規(guī)劃思維、避障思維、以及快速規(guī)劃優(yōu)先還是避障優(yōu)先的智能決策思維，對應(yīng)的提出三種不同的子模糊控制器用于處理三類問題，同時(shí)通過對被控機(jī)器人運(yùn)動(dòng)結(jié)果性能的評估，相應(yīng)的修改模糊控制器的規(guī)則庫，使之能夠應(yīng)對更復(fù)雜的外界擾動(dòng)和有效地解決U型障礙和對稱障礙的問題，使機(jī)器人在更復(fù)雜環(huán)境下也可以完成規(guī)劃任務(wù)到達(dá)目的地。本發(fā)明能夠克服水下復(fù)雜環(huán)境因素對機(jī)器人路徑規(guī)劃的不確定性影響，提高機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)安全性，使機(jī)器人能夠更好的適應(yīng)水下復(fù)雜的工業(yè)環(huán)境。文檔編號(hào)G05D1/02GK101833333SQ20091022670公開日2010年9月15日申請日期2009年12月23日優(yōu)先權(quán)日2009年12月23日發(fā)明者余洪山,劉理,唐智國,朱江,王耀南,錢存海申請人:湖南大學(xué)