[发明专利]一种仿生鱼群避障行为控制方法

权利要求书

1.一种仿生鱼群避障行为控制方法，包括：

S1：进行初始化设置，包括n条机器鱼的初始位置、初始速度、通信半径、已连通的初始拓扑结构、目标位置信息、最大水平探测角度和最大探测距离，其中，n至少是1；

S2：所述机器鱼读取传感器信息；

S3：所述机器鱼判断是否发现障碍物，若探测到障碍物，则对虚拟领航者的位置进行确认，若未探测到障碍物，则进入优先级排序，其中，虚拟领航者的位置表示机器鱼避障策略中的最优到达位置；

S4：对所述机器鱼进行优先级排序，获取机器鱼位置信息，在优先级排序阶段，机器鱼使用启发式优先级排序算法，分布式地提取机器鱼群拓扑网络的骨干子网络；

S5：所述机器鱼判断自身是否为骨干机器鱼，若是，则要确定其邻居骨干机器鱼与虚拟领航者的位置，并执行骨干机器鱼的控制协议，若不是，则要确定其所属的骨干机器鱼与邻居机器鱼的位置，并执行非骨干机器鱼的控制协议；

在机器鱼执行控制协议后，若到达目标位置，则流程结束，若未到达目标位置，则重复所述步骤S1至S5。

2.如权利要求1所述的仿生鱼群避障行为控制方法，具体为：

设机器鱼i的初始位置为(x_i,y_i)，其前视航向的角度为0°，航向左侧角度为正，航向右侧角度为负，最大水平探测角度为2φ_max，最大探测距离为d_max，对于非狭长障碍物，设障碍物两侧偏离机器鱼航向的角度分别为和切线距离分别为和则探测范围内障碍物的最远探测点A的坐标为：

其中，为所对应的切线距离，

此外，虚拟领航者B点的坐标(x′_i,y′_i)如下：

当时，

当时，

其中，

其中，R_safe表示机器鱼为圆心的圆形安全区域的半径，若障碍物为狭长障碍物，则而则为对应的航向角度。

3.如权利要求1所述的仿生鱼群避障行为控制方法，所述机器鱼群拓扑网络用无向图G＝(v,ε)表示，其中v＝{1,2,...,n}表示顶点集，ε＝v×v构成边的集合，其中每个节点标记为v_i∈v，每一边用(i,j)表示，对于i≠j，在t时刻，令e_ij(t)表示边(i,j)的连接度，若(i,j)∈ε，则e_ij(t)＞0，否则e_ij(t)＝0；考虑n条机器鱼，用q_i∈R²、p_i∈R²和u_i∈R²分别表示机器鱼i的位置、速度和控制输入，其运动满足双积分器模型：

4.如权利要求1所述的仿生鱼群避障行为控制方法，所述障碍物包括其他机器鱼或者其他障碍物，安全区域为不存在障碍物的区域，即在二维平面内，以机器鱼位置为圆心，半径为R_safe的圆形区域为机器鱼的安全区域，R_safe也即机器鱼与障碍物不发生碰撞的安全距离。

5.如权利要求4所述的仿生鱼群避障行为控制方法，所述安全距离与机器鱼的机动性能、鱼体长度和尾鳍摆动幅度、障碍物运动速度相关。