[发明专利]基于模糊控制器的机器人导航避障方法及装置

权利要求书

1.一种基于模糊控制器的机器人导航避障方法，其特征在于包括如下步骤：

步骤S101：通过传感器采集机器人前方和两侧到障碍物最近的一组距离，所述最近的一组距离在第一距离阈值范围内；

步骤S102：第一控制器输入变量的模糊化处理，将所述最近的一组距离中，每个距离通过一组隶属度函数表达为模糊变量，同时将论域划分为多个区间并命名，这些数值区间允许有交集；

步骤S103：第一模糊控制器输出变量的精确化处理，两个输出分别为机器人对地坐标下的运动线速度和角速度，通过隶属度函数将线速度论域划分为多个区间并命名，通过隶属度函数将角速度论域划分多个区间并命名；

步骤S104：构建第一模糊控制器的知识库，基于所述最近的一组距离及其对应的所属区间，与线速度论域范围和角速度论域范围建立对应关系，构建第一模糊规则集合；

步骤S105：模糊推理，即将步骤S102中的输入模糊变量距离，根据模糊规则运算得到步骤S103中的输出模糊变量的过程，具体地：计算所有输入模糊变量在每个区间的隶属度值，然后根据每条模糊规则，选择出本条规则提及的输入模糊变量隶属度值进行取最小操作，选择出本条规则提及的输出模糊变量的隶属度函数曲线，进而用取到的最小值截断输出隶属度函数曲线，得到模糊输出的隶属度值；

步骤S106：去模糊化，将输出变量及其隶属度值结合重心公式加权平均，转化成输出论域区间上的精确值，得到机器人导航和/或避障所需的线速度和角速度；

步骤S107：基于第一模糊控制的输入，得到机器人与最近障碍物的第一距离，通过传感器采集距机器人最近障碍物的第二距离，通过隶属度函数将第一、第二距离划分为两组距离论域范围，第二模糊控制器获取两组距离论域范围，并基于第二模糊规则集合，得到避障和/或导航的权重，用于修正第一模糊控制器输出的线速度和/或角速度；

基于第一距离的距离论域范围与避障或导航的关系，以及第二距离的距离论域范围，与输出权重建立对应关系，构建第二模糊规则集合，根据权重值的大小区分机器人执行避障或导航。

2.根据权利要求1所述的基于模糊控制器的机器人导航避障方法，其特征在于：所述步骤S102中，两侧到障碍物最近距离采用相同的划分方法、相同的隶属度函数，前方到障碍物的最近距离采用相对于两侧不同的隶属度函数。

3.根据权利要求1所述的基于模糊控制器的机器人导航避障方法，其特征在于：所述步骤S106中，重心公式如下：

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，

，

，

其中，i∈L，L表示线速度论域和角速度分别进行论域划分的份数，a、b、c、d为中间变量，FuzzyOutput_v[i]表示第i份线速度论域范围的隶属度值最大值，FuzzyOutput_w[i]表示第i份角速度论域范围的隶属度值最大值，v表示去模糊化得到的线速度精确值，w表示去模糊化得到的角速度精确值。

4.根据权利要求1所述的基于模糊控制器的机器人导航避障方法，其特征在于：所述步骤S107中，导航的目标点坐标和机器人当前位置坐标分为（x_t,y_t）和（x,y），第二模糊控制器的第二距离d’通过以下公式计算得到：

，

，

，

其中a’表示机器人当前位置与目标位置的角度偏差，yaw表示通过传感器得到的航偏角，n’’表示将a’进行标准化为与所述最近的一组距离对应的多个等级，ceil(·)表示取整操作。

5.根据权利要求4所述的基于模糊控制器的机器人导航避障方法，其特征在于：所述步骤S107中，对第一模糊控制器输出的线速度和/或角速度的修正，公式如下：

，

，

，

其中，l表示传感器x轴方向和y轴方向上记录的行进距离的误差值，yaw表示通过传感器得到的航偏角，k₁和k₂表示修正角速度时选取的比例系数，v、w表示修正前的线速度和角速度，v_c、w_c表示修正后的线速度和角速度。