[发明专利]一种用于双关节机器鱼的复合避障方法和装置

说明书

本发明提供了一种用于双关节机器鱼的复合避障方法和装置，根据机器鱼的机械结构，针对双关节机器鱼建立游动转向模型和上浮下潜模型，采用机器鱼的三维运动和机器鱼头部的5个红外测距传感器组成的网络信息为输入信号，对速度和转向角度采用模糊控制，对上浮下潜使用自定义控制规则实现避障，经过综合构成复合避障方法，实现了双关节机器鱼在未知环境中的三维避障功能，解决了上浮下潜时速度和转向避障时速度的矛盾，实现了对机器鱼的转角、速度、上浮下潜距离的精确控制，使机器鱼在三维空间内灵活运动；具有模糊控制鲁棒性、适应性好、规则控制简单直接等的优点。本发明提出的双关节机器鱼的运动模型也适用于多关节机器鱼，便于推广应用。

技术领域

本发明属于机器人避障技术领域，具体涉及一种用于双关节机器鱼的复合避障方法和装置。

背景技术

随着科技的进步和经济的发展，小型机器人的应用越来越广泛，例如搜救、清淤、水质监测等等，在这些应用环境中，机器人面临的环境都是未知且复杂的，因此如何安全高效地避开障碍物是机器人能够完成任务的前提。

水下机器鱼因其灵活便携的特点，在水下探测和水质检测领域具有广阔的应用前景。然而，水下环境是十分复杂且多变的，机器鱼要完成任务首先就要保证自身的安全，即高效合理地避障。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种用于双关节机器鱼的复合避障方法和装置，用于使机器人在未知环境中避障。

本发明为解决上述技术问题所采取的技术方案为：一种用于双关节机器鱼的复合避障方法，包括以下步骤：

S0：搭建用于双关节机器鱼的复合避障装置，包括摆动单元、浮潜单元、控制单元、传感器网络；控制单元的信号接收端连接传感器网络的信号发送端，控制单元的信号发送端分别连接摆动单元和浮潜单元的信号接收端；

摆动单元包括连接杆、第一关节舵机、第二关节舵机和鱼尾，第一关节舵机、第二关节舵机和鱼尾通过连接杆依次连接；

浮潜单元包括依次连接的抽水水泵、水箱和排水水泵；抽水水泵通过抽水水泵进水口连接水源，抽水水泵通过抽水水泵出水口连接水箱的水箱进水口；水箱通过排气口放气调节水箱内外气压平衡；排水水泵通过排水水泵进水口连接水箱的水箱排水口，排水水泵通过排水水泵出水口排水；

控制单元包括MCU、PWM调节模块、速度系数模糊控制器、转向角度模糊控制器和上浮下潜控制器；

传感器网络包括正前方测距传感器F_IRS、左侧测距传感器L_IRS、右侧测距传感器R_IRS、上侧测距传感器T_IRS和下侧测距传感器B_IRS，分别位于双关节机器鱼鱼头位置的正前方、左侧、右侧、上侧和下侧，且上侧测距传感器T_IRS和下侧测距传感器B_IRS向前倾斜一定的角度，左侧测距传感器L_IRS和右侧测距传感器R_IRS向内倾斜一定的角度；

S1：传感器网络采集双关节机器鱼与环境障碍物的距离信息并分别发送给速度系数模糊控制器、转向角度模糊控制器和上浮下潜控制器；

S2：根据双关节机器鱼的关节摆动角度模型在速度系数模糊控制器和转向角度模糊控制器中建立模糊规则库，并根据模糊规则库分别输出速度系数V和转向角度α；

S3：在上浮下潜控制器中建立上浮下潜规则库，并根据上浮下潜规则库输出上浮距离或下潜距离；

S4：MCU接收步骤S2得到的速度系数V和转向角度α、步骤S3得到的上浮距离或下潜距离，并通过PWM调节模块将控制信号分别发送给摆动单元和浮潜单元执行避障动作。

按上述方案，所述的步骤S2中，建立关节摆动角度模型的具体步骤为：