6ES7407-0KA01-0AA0 跟蹤一個(gè)未知的墻體。當(dāng)獲得的環(huán)境信息太少或無法獲得，機(jī)器人的軌跡可能會(huì)特定為“沿著右邊的墻體運(yùn)動(dòng)直到發(fā)現(xiàn)第一個(gè)門口”。另外，如果移動(dòng)機(jī)器人的任務(wù)是繪制全局模型，它就必須沿墻體行進(jìn)將地圖描述完全。
跟蹤一個(gè)已知墻體。機(jī)器人按照規(guī)劃好路徑跟蹤軌跡，為了使算法誤差保持在小范圍內(nèi)而跟蹤墻體?；蛘?，路經(jīng)規(guī)劃中包括已知墻體，需要機(jī)器人沿墻行進(jìn)完成特殊的任務(wù)。
目前關(guān)于移動(dòng)機(jī)器人沿墻導(dǎo)航控制已有較多研究，大多采用聲納傳感器作為環(huán)境的感知設(shè)備。算法應(yīng)用則從早期的航跡推算法，發(fā)展到后來使用卡爾曼濾波，模糊控制，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制等。由于模糊邏輯技術(shù)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)各自獨(dú)到的特點(diǎn)，將模糊技術(shù)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)有機(jī)結(jié)合組成模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)模糊規(guī)則自動(dòng)提取、模糊隸屬函數(shù)的自動(dòng)生成及在線調(diào)節(jié)。因此本文采用模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法實(shí)現(xiàn)移動(dòng)機(jī)器人的沿墻導(dǎo)航控制。
2 模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)
2.1 輸入輸出值模糊化
本文研究的移動(dòng)機(jī)器人沿墻導(dǎo)航控制融合機(jī)器人聲納檢測(cè)采集到的數(shù)據(jù)，判斷機(jī)器人的位姿，然后通過模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法控制移動(dòng)機(jī)器人的動(dòng)作，使其在一定距離內(nèi)沿墻體運(yùn)。文中移動(dòng)機(jī)器人側(cè)壁上方安裝有16個(gè)聲納，按順時(shí)針排列從0#到15#。
移動(dòng)機(jī)器人要避免與墻體碰撞又要保持一定距離，所以本文為每個(gè)聲納設(shè)置一個(gè)閾值，當(dāng)聲納檢測(cè)到的距離值大于或小于這個(gè)閾值就采取相應(yīng)的動(dòng)作。這樣，將聲納采集的距離值與各自相應(yīng)的閾值相減得到差值△di(i=O，1，2，…，15)作為模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)輸入;移動(dòng)機(jī)器人的角度信息θ作為另外一個(gè)輸入。將距離差值△di和角度θ輸入模糊化如下：
距離差值△di：較小(NB)，小(NS)，中(Z)，大(PS)，較大(PB)。
角度θ：左(L)，偏左(LS)，正(Z)，偏右(RS)，右(R)。
輸出變量為移動(dòng)機(jī)器人的左右輪速Vl、Vr，模糊化如下：
左右輪速Vl、Vr：左轉(zhuǎn)(TL)，前進(jìn)(G)，右轉(zhuǎn)(TR)。
2.2 模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖
模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示，A為輸入層，輸入變量分別是前面所說的距離差值△di(i=0，l，2，3，4)和角度θ。A層的作用是將輸入值傳送到下一層。
B，C為模糊化層，即使用模糊語言來反應(yīng)輸入量的變化，隸屬函數(shù)采用高斯函數(shù)，隸屬度計(jì)算公式如下：
連接權(quán)重We、Wd決定了隸屬函數(shù)的形狀。
D層為模糊推理層，目的是將輸入量進(jìn)行綜合處理，共采用了25條規(guī)則，它們由C，D，E的連接表示出來。模糊規(guī)則如下：
lf △di is M andθis N，then Vl is K and Vris L.
其中M=NB，NS，Z，PS，PB;N=L，LS，Z，RS，R;K，L=TL，G，TR。
E、F、G層為去模糊化層。F層有10個(gè)神經(jīng)元，5個(gè)對(duì)應(yīng)移動(dòng)機(jī)器人的左輪速度，5個(gè)對(duì)應(yīng)右輪速度。F層的結(jié)果隸屬函數(shù)使用三角形隸屬函數(shù)，目的是把在E層模糊語言描述的隸屬函數(shù)轉(zhuǎn)化為具體數(shù)值的隸屬度。G層求解模糊結(jié)果，采用重心法，也叫加權(quán)平均法。求解過程是以控制作用論域上的點(diǎn)vi(i=l，2，…，n)對(duì)控制作用模糊集的隸屬度u為權(quán)系數(shù)進(jìn)行加權(quán)平均而求得模糊結(jié)果，對(duì)于離散論域vi：
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