一种基于酶数值膜系统的移动机器人避障控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于酶数值膜系统的移动机器人避障控制方法，涉及智能机器人与控制技术领域，包括局部环境信息的获取及处理和设计避障行为酶数值膜控制系统。本发明专利技术的有益效果是：该一种基于酶数值膜系统的移动机器人避障控制方法，通过获取局部环境信息，且利用移动机器人周身的n个距离传感器获得障碍物与相应传感器的距离值xi，并对xi进行线性变换，得到的传感器值si与权值相乘并累加、计算巡航速度及计算左右轮速度，使得该控制方法融合多个传感器信息，得到整个环境障碍物与机器人距离的衡量值，减少机器人识别环境的计算开销，且机器人的巡航速度随着整体环境障碍物与机器人距离自适应变化，提高避障效果。

An obstacle avoidance control method for mobile robot based on enzymatic numerical membrane system

【技术实现步骤摘要】
一种基于酶数值膜系统的移动机器人避障控制方法
本专利技术涉及智能机器人与控制
，具体为一种基于酶数值膜系统的移动机器人避障控制方法。
技术介绍
罗马尼亚布加勒斯特大学自然计算团队的Buiu最早提出将膜系统用于机器人控制，其基本思想是利用膜系统的特点(分区域并行计算能力和区域内部信息交换)设计移动机器人认知和行为控制器，这种控制器称为膜控制器，且利用数值膜系统能够进行数值计算的特点，将其应用于移动机器人行为控制，实现了机器人的避障行为、随墙行为以及跟随行为膜控制器。现有的基于酶数值膜系统的移动机器人避障控制方法存在巡航速度参数固定，无法兼顾移动机器人避障效果和前进速度的情况，为此，我们提出一种基于酶数值膜系统的移动机器人避障控制方法。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于酶数值膜系统的移动机器人避障控制方法，解决了上述
技术介绍
中提出的基于酶数值膜系统的移动机器人避障控制方法存在巡航速度参数固定，无法兼顾移动机器人避障效果和前进速度的情况的问题。为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种基于酶数值膜系统的移动机器人避障控制方法，包括局部环境信息的获取及处理和设计避障行为酶数值膜控制系统。可选的，所述局部环境信息的获取及处理的具体步骤：1)获取局部环境信息，作为输入利用移动机器人周身的n个距离传感器获得障碍物与相应传感器的距离值xi；2)对xi进行线性变换通过下述公式对xi进行线性变换，其中，si为线性变换后的传感器值，M为传感器的最大检测距离。si＝-xi+M可选的，所述设计避障行为酶数值膜控制系统的具体步骤：通过酶数值膜系统实现下述功能，从而实现避障速度计算。1)传感器si与权值相乘并累加为每个传感器值si建立权值变量weightLefti、weightRighti和wi。将传感器值与权值相乘并进行累加，结果分别保存在变量SWL、SWR、SW。即SW＝∑si*wi；2)计算巡航速度CruiseSpeed利用下式计算巡航速度。其中，C0为设定速度，无障碍物时，C0＝CruiseSpeed；a为底数(0<a<1)，a值越小，CruiseSpeed下降幅度越大；CruiseSpeed＝C0*aSW3)计算左右轮速度leftSpeed、rightSpeed，作为输出利用下式计算左右轮速度，计算出的左右轮速度作为输出，用于移动机器人双轮控制，leftSpeed＝CruiseSpeed+SWLrightSpeed＝CruiseSpeed+SWR4)跳转到获取局部环境信息，作为输入，直到机器人完成运动任务。本专利技术提供了一种基于酶数值膜系统的移动机器人避障控制方法，具备的有益效果：通过获取局部环境信息，且利用移动机器人周身的n个距离传感器获得障碍物与相应传感器的距离值xi，并对xi进行线性变换，得到的传感器si与权值相乘并累加、计算巡航速度及计算左右轮速度，使得该控制方法融合多个传感器信息，得到整个环境障碍物与机器人距离的衡量值，减少机器人识别环境的计算开销，便于机器人的巡航速度随着整体环境障碍物与机器人距离自适应变化，提高避障效果，同时，该控制方法通过酶数值膜系统的并行性，便于该加快机器人的避障左右轮速度计算效率。附图说明图1为本专利技术一种基于酶数值膜系统的移动机器人避障控制方法的Pioneer3-DX声呐分布示意图；图2为本专利技术一种基于酶数值膜系统的移动机器人避障控制方法的仿真实验环境示意图；图3为本专利技术一种基于酶数值膜系统的移动机器人避障控制方法的避障控制思路示意图；图4为本专利技术一种基于酶数值膜系统的移动机器人避障控制方法的避障行为酶数值膜系统示意图；图5为本专利技术一种基于酶数值膜系统的移动机器人避障控制方法的基于酶数值膜系统的固定巡航速度避障控制方法仿真实验示意图；图6为本专利技术一种基于酶数值膜系统的移动机器人避障控制方法的仿真实验示意图。具体实施方式膜计算(或膜系统)是自然计算的一个新分支，最早由罗马尼亚科学院院士、欧洲科学院院士、国际数学化学科学院院士GheorghePǎun于1998年提出，正式论文于2000年发表。膜计算自提出以来，受到了众多学者的关注。由于膜系统具有图灵机同等的计算能力以及膜系统具有并行性、分布性的特点，利用膜系统设计机器人控制器有助于提高控制器计算效率。请参阅图1-6，本专利技术提供一种技术方案：一种基于酶数值膜系统的移动机器人避障控制方法，包括局部环境信息的获取及处理和设计避障行为酶数值膜控制系统。进一步的，局部环境信息的获取及处理的具体步骤：1)获取局部环境信息，作为输入利用移动机器人周身的n个距离传感器获得障碍物与相应传感器的距离值xi；2)对xi进行线性变换通过下述公式对xi进行线性变换，其中，si为线性变换后的传感器值，M为传感器的最大检测距离。si＝-xi+M进一步的，设计避障行为酶数值膜控制系统的具体步骤：通过酶数值膜系统实现下述功能，从而实现避障速度计算。1)传感器si与权值相乘并累加为每个传感器值si建立权值变量weightLefti、weightRighti和wi。将传感器值与权值相乘并进行累加，结果分别保存在变量SWL、SWR、SW。即SW＝∑si*wi；2)计算巡航速度CruiseSpeed利用下式计算巡航速度。其中，C0为设定速度，无障碍物时，C0＝CruiseSpeed；a为底数(0<a<1)，a值越小，CruiseSpeed下降幅度越大；CruiseSpeed＝C0*aSW3)计算左右轮速度leftSpeed、rightSpeed，作为输出利用下式计算左右轮速度，计算出的左右轮速度作为输出，用于移动机器人双轮控制，leftSpeed＝CruiseSpeed+SWLrightSpeed＝CruiseSpeed+SWR4)跳转到获取局部环境信息，作为输入，直到机器人完成运动任务。实施例1参照附图3，本专利技术采取如下步骤：一、局部环境信息的获取及处理步骤1.获取局部环境信息，作为输入利用移动机器人周身的16个声呐传感器获得障碍物与相应传感器的距离值xi。步骤2.对xi进行线性变换通过下述公式对xi进行线性变换，其中，si为线性变换后的传感器值，M为传感器的最大检测距离。此处，M＝1000mmsi＝-xi+M二、设计避障行为酶数值膜控制系统设计如图4所示避障行为酶数值膜系统。膜系统通过3次迭代计算，实现下述功能，从而实现避障速度计算。步骤3.传感器si与权值相乘并累加创建16个膜Sensori(i＝1,…,16)，每个膜Sensori内完成一个传感器si与权值的乘积计算，即si*weightLefti、si*weightRighti、si*wi，如膜Sensori内规则1、2、3。16个膜完成16个传感器与权值乘积的累加，结果保存在变量SWL、SWR、SW中。该步骤在膜系统第一次迭代计算中完成。步骤4.计算巡航速度CruiseSpeed创建Calculate_CruiseSpeed膜完成巡航速度的计算，如图4所示。膜Calculate_CruiseSpeed中规则1完成巡航速度计算，规则2、3通过变量SWL_temp、SWR_temp保存第一次迭代计算的结果SWL、SWR。步骤5.计算左右轮速度leftSpeed、rightSpe本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于酶数值膜系统的移动机器人避障控制方法，包括局部环境信息的获取及处理和设计避障行为酶数值膜控制系统。

【技术特征摘要】
1.一种基于酶数值膜系统的移动机器人避障控制方法，包括局部环境信息的获取及处理和设计避障行为酶数值膜控制系统。2.根据权利要求1所述的一种基于酶数值膜系统的移动机器人避障控制方法，其特征在于：所述局部环境信息的获取及处理的具体步骤：1)获取局部环境信息，作为输入利用移动机器人周身的n个距离传感器获得障碍物与相应传感器的距离值xi；2)对xi进行线性变换通过下述公式对xi进行线性变换，其中，si为线性变换后的传感器值，M为传感器的最大检测距离。si＝-xi+M。3.根据权利要求1所述的一种基于酶数值膜系统的移动机器人避障控制方法，其特征在于：所述设计避障行为酶数值膜控制系统的具体步骤：通过酶数值膜系统实现下述功能，从而实现避障速度计算。1)传感器si与权值相乘并累加为每个传感器值si建立权值变量weightLeft...

【专利技术属性】
技术研发人员：荣海娜，张葛祥，黄振，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：四川,51