水中機器人全局視覺規劃區域算法探討

艾志華

(太原理工大學,山西太原 030024)

水中機器人全局視覺規劃區域算法探討

艾志華

(太原理工大學,山西太原 030024)

水中機器人競賽全局視覺比賽平臺由北京大學推廣應用,開發完善比賽平臺,改進比賽策略的優化,推進競賽平臺改革和發展,綜合展開各層面的合作,共同發展教學和科研。比賽策略中區域劃分可以是實際存在的,靜態的,逆向考慮,比賽策略中可以采用非規則區域的等參區域來代替,實現對機器人的自適應性動作,是競賽策略優化的重要組成部分,對機器魚試驗及控制至關重要。從算法設計角度分析,加快測試與迭代更新速度,對仿生機器魚智能化應用有較高的實用價值。

水中機器人區域劃分角力

面向21世紀的機器人技術是一次智能世界的革命，信息時代的變革以及若干開創性的新技術都為這個產業的重要性，崛起奠定了基礎。我們站在時代的節點，掌握探究機器人技術器人尤為重要。中國的水中機器人競賽發展迅速，重要的原因是各個參賽學校科研機構都強調技術交流，始終把推動技術發展放在首位，關于平臺的優化更新，人機工程領域的終端端口體驗分析研究，不斷發展平臺融合度，對于實現平臺推廣提高巨大便利。

1 角力三重動點坐標空間

(1)設想若把比賽平臺區域劃分時，為了達到即時調整仿生魚動作姿態策略，根據動態算法模式下的策略進行動態判斷，從而進行動態區域劃分優化動作決策，利用模糊邏輯原理以及相關幾何規劃的特點，仿生魚首先由全局視覺平臺得到角力圈的位置坐標，機器魚的位置和方向等信息；第二，根據整合，利用幾何區域規劃確定機器魚的相應算法；第三，利用模糊控制算法對該區域進行角力的動作。

(2)角力項目分析；角力項目屬于對抗類競賽，對于機器魚的性能，競賽算法，以及操作者對魚性能的了解等都有很大相關性，包括小平臺修改魚身參數，達到自己預期的魚尾的擺幅及頻率，從而獲得不同的力學性能要求。實踐來看對于水中角力項目的魚性能指標包括：魚身自身前后平衡性，魚尾涉水深度，調定速度檔位，舵機反應時間等方面，要求競賽準備者能夠成分挖掘魚自身性能潛力。

(3)角力區域劃分(以右攻為例)把整個球劃分若干區域；

1)球中心調整方向區域運用頂球函數；if((f_pt.y-b_pt.y＜k)&&(f_pt.y-b_pt.y＞-k)&&(disballtofish＞r-40)&&(f_pt.x＞b_pt.x))//the Adjustment Zone& the dis can be changed(K為調整區的半寬，r為球的半徑)，動作為：adjust_f_head_dir_leftorright(m_action[0]，0，m_FishInfo[0]，m_goalinfo)；這是一個頂球函數后面介紹，這里用到非線性的區域劃分和區域劃分，球的坐標為動，而魚身相對球心亦為動坐標，并且獲取魚本身坐標以及執行頂球函數動作判斷時需要這些動作標后與平臺靜坐標進行方向位置判定。

2)elseif((f_pt.y-b_pt.y＞k)&&(f_pt.y-b_pt.y＜k+w)&&(f_pt.x＞b_pt.x)) //the under Buffer Area out of Adjustment Zone(w為上緩沖區域的寬度)在緩沖區域內執行P2P程序，下緩沖區域有類似劃分方法。

圖1 3個點做標區域示意

3)if((b_pt.y-f_pt.y＞k+w)&&(b_pt.y-f_pt.y＜k+w+h)&&(f_pt.x＞b_pt.x)&&(disballtofish＞r-40))//即時轉向區域上區(下區域同理)(h為即時轉向區寬度)在此區域主要是防止仿生魚在比賽時由于角力圈的轉動帶動魚身走向球兩端部分，執行動作為BasicActionGo(m_FishInfo，m_action，0，14，14，0)在比賽中此區域的確非常重要的應用，能夠讓機器魚快速轉向回到中心調整區。

4)if((b_pt.y-f_pt.y＞=zz)&&(f_pt.x＞b_pt.x))//頂端區上區域(zz為該區域的縱向寬度)一般這個區域機器魚在競賽時不會到達，但是若比賽中意外使魚信號停頓等因素有可能導致魚出現在該區域，此處對施加力度毫無作用，是致命問題，因此該區域下的動作要大且速度要快，及時返回中心區。

5)另外，右攻還有一處區域是呼啦圈大圓減去環狀劃分帶所剩下的的中心區域，此處區域一般是開局時對魚的動作指令，一般用P 2 P程序到給定目標點自適應調整位置姿態R o u n d p 2 p(temptcenter_Right，m_action[0]，0，m_FishInfo[0])。

2 等參數劃分設想

給出假設，仿生魚的速度是連續值或者無限量子化，速度變化很小情況。如果我們先給定出n(n＞=3)個坐標點處的速度，這n個坐標點連接出一個微小區域，在這個微小區域內我們假設速度模式（如圖1）。

6個自由度，內部任一點的位移是由6個節點速度分量完全確定的，速度模式中應含有6個待定系數，所以速度模式下形函數：

其中A為三角形區域的面積。Ni，Nj，Nm是坐標的線性函數，反映了區域的速度形態，稱為形函數。如果給定了這3個坐標點的坐標i(x1，y1)，j(x2，y 2)，m(x3，y3).其相應速度分量分別為。從而由上面式子得出。得出以下是計算速度公式I為單位矩陣。由此在三角形區域內的任意一點的速度，以及等速線等都可以計算得出。這種等參數劃分思想的啟發來源是有限元分析種有關節點單元劃分，目前比賽平臺，以及仿生魚的制作上并沒有實現速度連續，而是15個速度檔位進行量化處理，但這一個設想能很大程度上對平臺開發有一定相互促進的作用。另外，這種設想不僅僅適用于速度，還是用于魚的運動方向，即把魚的方向進行劃分此處不再贅述。

3 結語

結合三重坐標下幾何規劃和模糊邏輯控制方法的優點，在這樣動態坐標下實現動態調整，加大了魚的控制能力，等參數劃分區域思想將是平臺開發的一個新的啟示，新的方向，新的出發點。