模糊控制用于機(jī)器人避障(參考版)
2025-07-10 16:30本頁面
【正文】 [1]付宜利，顧曉宇，王樹國．基于模糊控制的自主機(jī)器人路徑規(guī)劃策略研究[J]．機(jī)器人，2004，26(6)：548—552．[2]韓峻峰，李玉惠．模糊控制技術(shù)[M]．重慶：重慶大學(xué)出版社，2003．[3]劉喜昂，周志宇．基于多超聲傳感器的機(jī)器人安全避障技術(shù)[J]．測控技術(shù)，2004，23(3)：71—73．[4]尚文，馬旭東，戴先中．融合多傳感器信息的移動(dòng)機(jī)器人自定位方法[J]．東南大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2004，34(6)：784—788． 21 。但考慮到單片機(jī)的處理能力和實(shí)時(shí)性要求，本文所采用的模糊控制規(guī)則仍較為簡單，而且沒有使用模糊矩陣進(jìn)行運(yùn)算。模糊控制作為一種非線性控制，已經(jīng)成為實(shí)現(xiàn)智能控制的一種重要而有效的形式。調(diào)試成功后即可給定程序中障礙物位置參數(shù)、起點(diǎn)坐標(biāo)、終點(diǎn)坐標(biāo)及步長，進(jìn)行仿真試驗(yàn)。(c) 模糊控制器 這一部分對整個(gè)模糊控制器進(jìn)行了描述，包括輸入輸出變量模的模糊化，模糊規(guī)則，解模糊方法和輸入輸出變量的隸屬函數(shù)。此外，針對障礙物邊界的不同，模擬超聲傳感器有不同的計(jì)算函數(shù)。對超聲波傳感器和方位傳感器設(shè)置，對模糊控制器輸入變量和行進(jìn)軌跡的點(diǎn)坐 賦初值是否有障礙物？是否有A類障礙？是否有B類障礙？按無障礙規(guī)則處理按兩類障礙情況同時(shí)存在規(guī)則計(jì)算按B類障礙規(guī)則處理是否到達(dá)終點(diǎn)？按A類障礙規(guī)則處理結(jié)束NYYYYNNN 主函數(shù)流程(b) 超聲傳感器的模擬 由于用函數(shù)模擬的超聲傳感器是理想的，不存在幻影現(xiàn)象等引起的誤差，因此程序中，機(jī)器人只有三只超聲傳感器，其探測方向分別是機(jī)器人正前方和其左右45176。其運(yùn)算流程圖如下。程序主要包含三個(gè)部分：主函數(shù)，超聲波傳感器的模擬，模糊控制器仿真。但其中并未包含有關(guān)移動(dòng)機(jī)器人的仿真模塊，因此需要自行建立。要建立模糊控制系統(tǒng)，首先要建立起系統(tǒng)中各部分，即各個(gè)模塊，然后連接它們組成模糊控制系統(tǒng)。輸出模糊量經(jīng)上述方法解模糊后，再經(jīng)過線性制度變換后即可輸出到直流電機(jī)，對機(jī)器人進(jìn)行轉(zhuǎn)向控制。本設(shè)計(jì)選取了重心法，該方法也稱為質(zhì)心法或面積中心法，是所有解模糊方法中較為直觀合理較為流行的方法，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為： 其中，A(u)是論域U上集合A的隸屬函數(shù)，表示輸出模糊子集所有元素的隸屬度值在連續(xù)論域上的代數(shù)積分，而得取之是表示左右兩邊的面積值相等。解模糊的作用就是將輸出的模糊集合映射到一個(gè)個(gè)確定的點(diǎn)，其方法與隸屬函數(shù)的選擇及模糊推理方法有關(guān)。實(shí)際控制中過程中，必須要有一個(gè)確定值才能控制或驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。為減少計(jì)算量，只根據(jù)輸入量用被激活的控制規(guī)則進(jìn)行近似推理，而不用計(jì)算由1到56的全部。合成運(yùn)算“”采用了Mamdani最大最小法。上節(jié)模糊規(guī)則基本形式為：if(dr is )and(dc is )and(dl is)and(tg is ),then(sa is ).其中dr、dc、dl、tg和sa代表系統(tǒng)狀態(tài)和控制語言變量，、和分別是對應(yīng)的語言值，各變量對應(yīng)的論域分別為DR、DC、DL、TG和SA。如第ls行第d4列的tlb，對應(yīng)的模糊規(guī)則為：if(dr is near)and(dc is near)and(dl is near)and(tg is ls),then(sa is tlb).）。模糊控制規(guī)則經(jīng)簡化后，放入模糊規(guī)則庫，供模糊控制器查詢。這樣的規(guī)則制定方法是基于控制器行為特征的方式，將動(dòng)作分為若干的基本行為，對于較復(fù)雜的行為，則分由幾個(gè)較簡單的行為依次構(gòu)成。用模糊邏輯表示如下：如果dc為近，dr為遠(yuǎn)，dl為遠(yuǎn)，且目標(biāo)標(biāo)點(diǎn)在機(jī)器人左側(cè)，則機(jī)器人左轉(zhuǎn)；如果dc為近，dl為遠(yuǎn)，dr為遠(yuǎn)，且目標(biāo)點(diǎn)在機(jī)器人右側(cè)，則機(jī)器人右轉(zhuǎn)。如機(jī)器人左右兩側(cè)障礙物完全對稱時(shí)，根據(jù)基本規(guī)則，機(jī)器人講無法確定行進(jìn)方向而在兩障礙物間來回轉(zhuǎn)向，形成死鎖。當(dāng)機(jī)器人右側(cè)近距離內(nèi)有障礙物，而左側(cè)和前方近距離內(nèi)均無障礙物時(shí)（）,根據(jù)人的駕駛經(jīng)驗(yàn)。以下將選取典型情況討論對應(yīng)模糊規(guī)則的制定。轉(zhuǎn)向角度的大小則視障礙物距離和航向與目標(biāo)點(diǎn)到機(jī)器人連線的夾角而定：障礙物距離越近，轉(zhuǎn)向角越大；夾角越大，轉(zhuǎn)向角越小。當(dāng)檢測到有障礙物靠近時(shí)，機(jī)器人改變行進(jìn)方向。本設(shè)計(jì)中包含四個(gè)定性輸入信號(hào)，一個(gè)定性輸出信號(hào)。模糊控制系統(tǒng)是用一系列基于專家知識(shí)的語言來描述的，用一系列模糊條件描述的模糊控制規(guī)則就構(gòu)成了模糊控制規(guī)則庫。各輸入輸出變量隸屬函數(shù)如下圖所示。此外，大多數(shù)情況下，隸屬函數(shù)的選取具有較大的隨意性，對同一模糊集不同的人肯能選取不同的隸屬函數(shù)去表述，并無絕對的對錯(cuò)。通常，隸屬函數(shù)的形狀越陡，分辨率就越高，控制靈敏度也就越高；相反，若隸屬函數(shù)變化緩慢，則控制特性也平緩，對應(yīng)的系統(tǒng)穩(wěn)定性好。 輸入輸出量的模糊化模糊語言值只是一個(gè)模糊子集，語言值要通過隸屬函數(shù)來描述。因此將距離變量簡單劃分為{近，遠(yuǎn)}，模糊規(guī)則數(shù)減少到條。所以，模糊分割的數(shù)目并無指導(dǎo)性的方法，主要根據(jù)具體情況和經(jīng)驗(yàn)來劃分
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