水中机器人全局视觉规划区域算法探讨

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【摘 要】 水中机器人竞赛全局视觉比赛平台由北京大学推广应用，开发完善比赛平台，改进比赛策略的优化，推进竞赛平台改革和发展，综合展开各层面的合作，共同发展教学和科研。比赛策略中区域划分可以是实际存在的，静态的，逆向考虑，比赛策略中可以采用非规则区域的等参区域来代替，实现对机器人的自适应性动作，是竞赛策略优化的重要组成部分，对机器鱼试验及控制至关重要。从算法设计角度分析，加快测试与迭代更新速度，对仿生机器鱼智能化应用有较高的实用价值。

【关键词】 水中机器人区域划分角力

面向21世纪的机器人技术是一次智能世界的革命，信息时代的变革以及若干开创性的新技术都为这个产业的重要性，崛起奠定了基础。我们站在时代的节点，掌握探究机器人技术器人尤为重要。中国的水中机器人竞赛发展迅速，重要的原因是各个参赛学校科研机构都强调技术交流，始终把推动技术发展放在首位，关于平台的优化更新，人机工程领域的终端端口体验分析研究，不断发展平台融合度，对于实现平台推广提高巨大便利。

1 角力三重动点坐标空间

（1）设想若把比赛平台区域划分时，为了达到即时调整仿生鱼动作姿态策略，根据动态算法模式下的策略进行动态判断，从而进行动态区域划分优化动作决策，利用模糊逻辑原理以及相关几何规划的特点，仿生鱼首先由全局视觉平台得到角力圈的位置坐标，机器鱼的位置和方向等信息；第二，根据整合，利用几何区域规划确定机器鱼的相应算法；第三，利用模糊控制算法对该区域进行角力的动作。

（2）角力项目分析；角力项目属于对抗类竞赛，对于机器鱼的性能，竞赛算法，以及操作者对鱼性能的了解等都有很大相关性，包括小平台修改鱼身参数，达到自己预期的鱼尾的摆幅及频率，从而获得不同的力学性能要求。实践来看对于水中角力项目的鱼性能指标包括：鱼身自身前后平衡性，鱼尾涉水深度，调定速度档位，舵机反应时间等方面，要求竞赛准备者能够成分挖掘鱼自身性能潜力。

（3）角力区域划分（以右攻为例）把整个球划分若干区域；

1）球中心调整方向区域运用顶球函数；if（（f_pt.y-b_pt.y-k）&&（disballtofish>r-40）&&（f_pt.x>b_pt.x））//the Adjustment Zone& the dis can be changed（K为调整区的半宽，r为球的半径），动作为：adjust_f_head_dir_leftorright（m_action[0]，0，m_FishInfo[0]，m_goalinfo）；这是一个顶球函数后面介绍，这里用到非线性的区域划分和区域划分，球的坐标为动，而鱼身相对球心亦为动坐标，并且获取鱼本身坐标以及执行顶球函数动作判断时需要这些动作标后与平台静坐标进行方向位置判定。

2）elseif（（f_pt.y-b_pt.y>k）&&（f_pt.y-b_pt.yb_pt.x）） //the under Buffer Area out of Adjustment Zone（w为上缓冲区域的宽度）在缓冲区域内执行P2P程序，下缓冲区域有类似划分方法。

3）if（（b_pt.y-f_pt.y>k+w）&&（b_pt.y-f_pt.yb_pt.x）&&（disballtofish>r-40））//即时转向区域上区（下区域同理）（h为即时转向区宽度）在此区域主要是防止仿生鱼在比赛时由于角力圈的转动带动鱼身走向球两端部分，执行动作为BasicActionGo（m_FishInfo，m_action，0，14，14，0）在比赛中此区域的确非常重要的应用，能够让机器鱼快速转向回到中心调整区。

4）if（（b_pt.y-f_pt.y>=zz）&&（f_pt.x>b_pt.x））//顶端区上区域（zz为该区域的纵向宽度）一般这个区域机器鱼在竞赛时不会到达，但是若比赛中意外使鱼信号停顿等因素有可能导致鱼出现在该区域，此处对施加力度毫无作用，是致命问题，因此该区域下的动作要大且速度要快，及时返回中心区。

5）另外，右攻还有一处区域是呼啦圈大圆减去环状划分带所剩下的的中心区域，此处区域一般是开局时对鱼的动作指令，一般用P2P程序到给定目标点自适应调整位置姿态Roundp2p（temptcenter_Right，m_action[0]，0，m_FishInfo[0]）。

2 等参数划分设想

给出假设，仿生鱼的速度是连续值或者无限量子化，速度变化很小情况。如果我们先给定出n（n>=3）个坐标点处的速度，这n个坐标点连接出一个微小区域，在这个微小区域内我们假设速度模式（如图1）。

6个自由度，内部任一点的位移是由6个节点速度分量完全确定的，速度模式中应含有6个待定系数，所以速度模式下形函数：

其中A为三角形区域的面积。Ni，Nj，Nm是坐标的线性函数，反映了区域的速度形态，称为形函数。如果给定了这3个坐标点的坐标i（x1，y1），j（x2，y2），m（x3，y3）.其相应速度分量分别为。从而由上面式子得出。得出。以下是计算速度公式I为单位矩阵。由此在三角形区域内的任意一点的速度，以及等速线等都可以计算得出。这种等参数划分思想的启发来源是有限元分析种有关节点单元划分，目前比赛平台，以及仿生鱼的制作上并没有实现速度连续，而是15个速度档位进行量化处理，但这一个设想能很大程度上对平台开发有一定相互促进的作用。另外，这种设想不仅仅适用于速度，还是用于鱼的运动方向，即把鱼的方向进行划分此处不再赘述。

3 结语

结合三重坐标下几何规划和模糊逻辑控制方法的优点，在这样动态坐标下实现动态调整，加大了鱼的控制能力，等参数划分区域思想将是平台开发的一个新的启示，新的方向，新的出发点。