巡检机器人轨迹规划的方法和装置的制造方法
巡检机器人轨迹规划的方法和装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及机器人运动控制技术领域，特别是指一种巡检机器人轨迹规划的方法 和装置。
【背景技术】
[0002] 随着国家对智能化变电所技术的大力推广，巡检机器人替代人工完成变电站巡检 中遇到的急、难、险、重和重复性工作，对变电站进行全天候、全方位、全自助智能巡检和监 控，提高了变电站的安全性。巡检机器人的载体采用轮式移动小车机构，分别为2个前置主 动轮，分别用驱动电机控制，2个后置万向轮，这样的结构简单，便于控制巡检机器人运动及 方向，可以以其中一个主动轮为中心，实现原地小半径转弯，通过主动轮驱动电机的运转速 度和运转方向来实现巡检机器人的运动，利用驱动电机的差速实现转向和调节机器人位姿 等功能。
[0003] 路径规划是巡检机器人更有效率完成任务的重要方面，也是巡检机器人完成巡检 任务的基础。现在巡检机器人的导航方式主要采用磁轨迹导航方式，利用多传感器融合磁 轨迹导航，结合RFID技术定位，对变电站复杂环境具有较强的适应性。但是，目前巡检机器 人在巡检作业时，很容易出现侧滑或者其它原因引起偏离运行轨迹；在转弯时，也较易偏离 运行轨迹，出现较大的运行误差。巡检机器人在调节过程中，会出现机器人调节过度或调节 不适当，使机器人运行不稳定，出现来回摆尾的情况，影响机器人的工作精度。
【发明内容】
[0004] 本发明要解决的技术问题是提供一种调节适度，不易出现摆动的巡检机器人轨迹 规划的方法和装置。
[0005] 为解决上述技术问题，本发明提供技术方案如下：
[0006] -方面，提供一种巡检机器人轨迹规划的方法，包括：
[0007] 步骤1 :获取所述巡检机器人的行驶轨迹与磁轨迹的位置误差E以及该位置误差 的变化率EC，作为模糊输入量；
[0008] 步骤2 :将所述模糊输入量提供给预先设置好的模糊控制器；
[0009] 步骤3 :所述模糊控制器根据预先设置的模糊推理规则和模糊推理程序，得出模 糊输出量U;
[0010] 步骤4 :通过预先选定的模糊输出量隶属度函数与横坐标围成面积的重心进行表 决，得到清晰输出量；
[0011] 步骤5 :将得到的所述清晰输出量运用线性尺度变换的方法，变换成实际输出量 发送给所述巡检机器人的驱动电机，用于调整所述巡检机器人的转角。
[0012] 进一步的，所述模糊推理规则包括：
[0013] 规则1 :所述位置误差E包括7个模糊集{左大NB，左中匪，左小NS，正中ZO,右 小PS，右中PM，右大PB};
[0014] 规则2 :所述位置误差变化率EC包括7个模糊集分别为：{负大NBC，负中NMC，负 小NSC，零ZOC，正小PSC，正中PMC，正大PBC};
[0015] 规则3 :所述模糊输出量U包括7个模糊集，分别为：{左大转NBS，左中转匪S，左 小转NSS，直行ZOS，右小转PSS，右中转PMS，右大转PBS};
[0016] 规则4 :将所述位置误差E和所述位置误差变化率EC所对应的7个模糊集进行排 列组合，并与模糊输出量U对应，形成如下模糊关系矩阵：
[0018] 进一步的，步骤3之前还包括：
[0019] 步骤31 :选定所述位置误差E、位置误差变化率EC以及模糊输出量U的论域，并分 别确定所述位置误差E的隶属度函数、所述位置误差变化率EC的隶属度函数和所述模糊输 出量U的隶属度函数。
[0020] 进一步的，所述步骤31包括：
[0021] 步骤 311 :选定所述位置误差E的论域为：{-6, -5, -4, -3, -2, _1，0，1，2, 3,4, 5， 6}，确定所述位置误差E的隶属度函数；
[0022] 步骤312 :选定所述位置误差变化率EC的论域为：{-6, -5, -4, -3, -2, _1，0,1，2， 3,4, 5,6}，确定所述位置误差变化率EC的隶属度函数；
[0023] 步骤313 :选定所述模糊输出量U的论域为：{-30,-25,-20,-15,-10,-5,0, 5,10， 15, 20, 25, 30}，确定所述模糊输出量U的隶属度函数。
[0024] 进一步的，步骤4之前还包括：
[0025] 此外，巡检机器人轨迹规划的方法，包括如下运动学方程式：
[0027] (x，y，0 )为巡检机器人的位姿，代表机器人左轮的运动速度，vR代表右轮的 运动速度，L为巡检机器人左右轮的宽度。
[0028] 另一方面，提供一种巡检机器人轨迹规划的装置，包括
[0029] 获取模块：用于获取所述巡检机器人的行驶轨迹与磁轨迹的位置误差以及该位置 误差的变化率，转化成模糊输入量；
[0030] 传送模块：用于将所述模糊输入量提供给预先设置好的模糊控制器；
[0031] 推理模块：用于所述模糊控制器根据预先设置的模糊推理规则和模糊推理程序， 得出模糊输出量U;
[0032] 输出模块：用于通过模糊输出量隶属度函数与横坐标围成面积的重心进行表决， 得到清晰量；
[0033] 执行模块：利用所述清晰量，控制所述巡检机器人的转角。
[0034] 进一步的，还包括，
[0035] 模糊规则生成单元：所述模糊推理规则包括：
[0036] 规则1 :所述位置误差E包括7个模糊集{左大NB，左中匪，左小NS，正中ZO,右 小PS，右中PM，右大PB};
[0037] 规则2 :所述位置误差变化率EC包括7个模糊集分别为：{负大NBC，负中NMC，负 小NSC，零ZOC，正小PSC，正中PMC，正大PBC};
[0038]规则3 :所述模糊输出量U包括7个模糊集，分别为：{左大转NBS，左中转匪S，左 小转NSS，直行ZOS，右小转PSS，右中转PMS，右大转PBS};
[0039] 规则4 :将所述位置误差E和所述位置误差变化率EC所对应的7个模糊集进行排 列组合，并与模糊输出量U对应，形成如下模糊关系矩阵：
[0041] 进一步的，还包括：
[0042] 函数生成模块：用于选定所述位置误差E、所述位置误差变化率EC以及所述模糊 输出量U的论域，并分别确定所述位置误差E的隶属度函数、所述位置误差变化率EC的隶 属度函数和所述模糊输出量U的隶属度函数。
[0043] 进一步的，还包括：
[0044] 运动模块：内置有控制小车运动的如下运动学方程式：
[0046] (x，y，0)为巡检机器人的位姿，代表机器人左轮的运动速度，v K代表右轮的 运动速度，L为巡检机器人左右轮的宽度。
[0047] 本发明具有以下有益效果：
[0048] 上述方案中，在巡检机器人行进过程中，随时获取机器人行驶轨迹与磁轨迹的位 置误差以及位置误差变化率，并提供给预先设置好的模糊控制器，得到模糊输出量，通过模 糊输出量隶属度函数与横坐标围成面积的重心进行表决，得到清晰量，进而实现对循迹机 器人动作的调整。
[0049] 采用模糊控制方式，使系统具有较高的鲁棒性，保证了循迹机器人工作的稳定；
[0050] 且有效解决了现有控制中由于强耦合、时变，滞后造成的模型不确定，导致控制不 准确的问题；
[0051] 同时采用位置误差和位置误差变化率两个输入量，控制条件更加充分，使控制过 程更加精细平稳，角度调整准确适度，防止循迹机器人在运行中出现较大的摆动。
【附图说明】
[0052] 图1为本发明的巡检机器人的轨迹规划方法流程图；
[0053] 图2为本发明的输入误差E隶属度函数示意图；
[0054] 图3为本发明的输入误差变化率EC隶属度函数示意图；
[0055] 图4为本发明的模糊输出量U隶属度函数不意图；
[0056] 图5为本发明的巡检机器人运动模型示意图；
[0057] 图6为本发明的巡检机器人的轨迹规划装置结构示意图。
【具体实施方式】
[0058] 为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具 体实施例进行详细描述。
[0059] 一方面提供一种巡检机器人轨迹规划的方法，如图1所示，包括：
[0060] 步骤1 :获取所述巡检机器人的行驶轨迹与磁轨迹的位置误差E以及该位置误差 的变化率EC，作为模糊输入量；
[0061] 巡检机器人在行驶过程中，不断监测本身运行轨迹与磁轨迹的偏差，根据偏 差量 大小与偏差变化快慢，并结合后续步骤来确定调整角的大小。
[0062] 步骤2 :将所述模糊输入量提供给预先设置好的模糊控制器；
[0063] 步骤3 :所述模糊控制器根据预先设置的模糊推理规则和模糊推理程序，得出模 糊输出量U;
[0064] 根据理论知识与实际实验情况，我们设定好了关于小车运动模糊控制规则以及模 块推理的程序；当有输入量输入模糊控制器时，模糊控制器会对应输出一个模糊输出量。
[0065] 步骤4 :通过预先选定的模糊输出量隶属度函数与横坐标围成面积的重心进行表 决，得到清晰输出量；
[0066] 通过模糊推理得到的结果是一个模糊集合，须有一个确定值才能控制巡检机器人 的执行机构，按照隶属度函数曲线与横坐标围成面积的重心进行表决，得到巡检机器人应 调整角度的清晰量，运用重心法能够使控制过程更加平稳。
[0067] 步骤5 :将得到的所述清晰输出量运用线性尺度变换的方法，变换成实际输出量 发送给所述巡检机器人的驱动电机，用于调整所述巡检机器人的转角。
[0068] 清晰输出量与实际控制驱动电机的输出量有一定的线性对应关系，所以可以运用 线性尺度变换的方法将清晰量换算成用于驱动电机的实际输出量。
[0069] 巡检机器人采用轮式结构，巡检机器人巡检作业的精度主要依靠车轮差速的精 度，在巡检机器人载体的前方放置多个传感器，其工作原理就是通过放置的传感器实时对 磁轨迹的位置信息检测，巡检机器人利用传感器检测的位置信息对位姿进行相应的动作。 本发明就是利用实时反馈的位置信息进行分析处理然后进行精确的路径规划。
[0070] 上述方案中，在巡检机器人行进过程中，随时获取机器人行驶轨迹与磁轨迹的位 置误差E以及位置误差变化率EC，并提供给预先设置好的模糊控制器，得到模糊输出量，通 过模糊输出量隶属度函数与横坐标围成面积的重心进行表决，得到清晰量，进而实现对循 迹机器人动作的调整。
[0071] 采用模糊控制方式，使系统具有较高的鲁棒性，保证了循迹机器人工作的稳定；
[0072] 且有效解决了现有控制中由于强耦合、时变，滞后造成的模型不确定，导致控制不 准确的问题；
[0073] 同时采用位置误差和位置误差变化率两个输入量，控制条件更加充分，使控制过 程更加精细平稳，角度调整准确适度，防止循迹机器人在运行中出现较大的摆动。
[0074] 进一步的，上所述模糊推理规则优选包括：
[0075] 规则1 :所述位置误差E包括7个模糊集{左大NB，左中匪，左小NS，正中ZO,右 小PS，右中PM，右大PB};
[0076] 根据行驶轨迹与磁轨迹的位置误差E大小，将其定义为7个模糊集。
[0077] 规则2 :所述位置误差变化率EC包括7个模糊集分别为：{负大NBC，负中NMC，负 小NSC，零ZOC，正小PSC，正中PMC，正大PBC};
[0078] 同理根据上述位置误差变化率大小，将位置误差变化率EC定义成7个模糊集。
[0079]规则3 :所述模糊输出量U包括7个模糊集，分别为：{左大转NBS，左中转匪S，左 小转NSS，直行ZOS，右小转PSS，右中转PMS，右大转PBS};
[0080] 同理根据模糊输出量大小，将其定义成7个模糊集。
[0081] 规则4 :将所述位置误差E和所述位置误差变化率EC所对应的7个模糊集进行排 列组合，并与模糊输出量U对应，形成如下模糊关系矩阵：
[0083] 根据思维推理以及知识库，同时结合巡检机器人的控制经验和运动特性，进行设 计消除误差，建立模糊控制器的控制规则。由巡检机器人与磁轨迹的位置误差与误差变化 率均对应7个模糊集，进行排列组合，共有49条模糊规则。当误差E较小，而且误差不变时， 即误差变化率EC为0,可定义为巡检机器人正沿着磁轨迹运行；当误差变化率EC变化较大 时，说明巡检机器人正在偏离磁轨迹引导线，则需要调整巡检机器人的运行角度，即调整驱 动电机的驱动速度，例如用一例语句来描述：ifE=NBandEC=NBthenU=PB。实际 使用中，根据两个输入量的值，查表对应找出输出模糊值。这种查表法，减少了运算次数，能 大幅度提高模糊控制效率。
[0084] 优选的，步骤3之前还可以包括：
[0085] 步骤31 :选定所述位置误差E、位置误差变化率EC以及模糊输出量U的论域，并分 别确定所述位置误差E的隶属度函数、所述位置误差变化率EC的隶属度函数和所述模糊输 出量U的隶属度函数。
[0086] 根据实际运行中，位置误差E、位置误差变化率EC以及模糊输出量U的大小，分别 确定它们确定的论域，并在论域基础上建立模糊度函数。根据隶属度函数，确定每个数值在 某一模糊集中的隶属度大小，越接近于1说明隶属度越高。同时，确定隶属度函数可以确定 输入输出量的模糊集，用于模糊运算和解模运算。
[0087] 进一步优选的，所述步骤31可以包括：
[0088] 步骤 311 :选定所述位置误差E的论域为：{-6, -5, -4, -3, -2, _1，0，1，2, 3,4, 5， 6}，确定所述位置误差E的隶属度函数；
[0089] 根据位置误差E的范围确定位置误差E的隶属度函数，如图2所示，函数对应位置 误差E实际取值范围。
[0090] 步骤312 :选定所述位置误差变化率EC的论域为：{-6, -5, -4, -3, -2, _1，0,1，2， 3,4, 5,6}，确定所述位置误差变化率EC的隶属度函数；
[0091] 为了能够较严格地反映受控过程中输出量的动态特性，根据位置误差变化率EC 的范围确定位置误差变化率EC的隶属度函数，如图3所示，函数对应位置误差变化率EC的 取值范围，。
[0092] 步骤313 :选定所述模糊输出量U的论域为：{-30,-25,-20,-15,-10,-5,0, 5,10， 15, 20, 25, 30}，确定所述模糊输出量U的隶属度函数。
[0093] 根据模糊输出量U的范围确定模糊输出量U的隶属度函数，如图4所示，函数对应 模糊输出量U的取值范围，该输出量是一个位置量，需通过控制主动轮的两个驱动电机的 转速来实现。
[0094] 进一步的，根据巡检机器人的运动特性，建立巡检机器人的数学模型。如图5所 示，坐标系X0Y是巡检机器人绝对坐标系；以巡检机器人的质心建立巡检机器人相对坐标 系x〇y，得到巡检机器人的运动学方程式：
[0096] (x，y，0)为巡检机器人的位姿，代表机器人左轮的运动速度，vK代表右轮的 运动速度，L为巡检机器人左右轮的宽度。
[0097] 对巡检机器人进行动态分析，明确输出控制量，根据巡检机器人运动学方程P所 述，通过控制巡检机器人的左右两驱动轮速度，就可以实现对巡检机器人位姿和运动的控 制，以达到巡检机器人运动目的。
[0098] 与上述方法相对应，本发明提供一种巡检机器人轨迹规划的装置，如图6所示，包 括：
[0099] 获取模块1' ：用于获取所述巡检机器人的行驶轨迹与磁轨迹的位置误差以及该位 置误差的变化率，转化成模糊输入量；
[0100] 传送模块2' ：用于将所述模糊输入量提供给预先设置好的模糊控制器；
[0101] 推理模块3' ：用于所述模糊控制器根据预先设置的模糊推理规则和模糊推理程 序，得出模糊输出量U;
[0102] 输出模块4' ：用于通过模糊输出量隶属度函数与横坐标围成面积的重心进行表 决，得到清晰量；
[0103] 执行模块5' ：利用所述清晰量，控制所述巡检机器人的转角。
[0104] 与现有技术相比，在巡检机器人行进过程中，获取模块1'，随时获取机器人行驶轨 迹与磁轨迹的位置误差E以及位置误差变化率EC，作为模糊输入量。传送模块2'将输入量 提供给推理模块3'，推理模块3'中含有预先设置有模糊推理规则和模糊推理程序的模糊 控制器，从而得到模糊输出量，之后模糊输出量被传送给输出模块4'，通过模糊输出量隶属 度函数与横坐标围成面积的重心进行表决，得到清晰量，在经过执行模块5'的线性转换，变 成实际可执行的控制量驱动电机，进而实现对循迹机器人动作的调整。
[0105] 采用模糊控制方式，使系统具有较高的鲁棒性，保证了循迹机器人工作的稳定；
[0106] 且有效解决了现有控制中由于强耦合、时变，滞后造成的模型不确定，导致控制不 准确的问题；
[0107] 同时采用位置误差和位置误差变化率两个输入量，控制条件更加充分，使控制过 程更加精细平稳，角度调整准确 适度，防止循迹机器人在运行中出现较大的摆动。
[0108] 进一步的，上述推理模块3'还包括，
[0109] 模糊规则生成单元：所述模糊推理规则包括：
[0110] 规则1 :所述位置误差E包括7个模糊集{左大NB，左中匪，左小NS，正中ZO,右 小PS，右中PM，右大PB};
[0111] 规则2 :所述位置误差变化率EC包括7个模糊集分别为：{负大NBC，负中NMC，负 小NSC，零ZOC，正小PSC，正中PMC，正大PBC};
[0112]规则3 :所述模糊输出量U包括7个模糊集，分别为：{左大转NBS，左中转匪S，左 小转NSS，直行ZOS，右小转PSS，右中转PMS，右大转PBS};
[0113] 规则4 :将所述位置误差E和所述位置误差变化率EC所对应的7个模糊集进行排 列组合，并与模糊输出量U对应，形成如下模糊关系矩阵：
[0115] 与上述方法相对应，实际运行中，通过该规则，应用查表法，减少了运算步骤，能够 大幅度提高模糊控制效率。
[0116] 进一步的，巡检机器人轨迹规划的装置还包括：
[0117] 函数生成模块：用于选定所述位置误差E、所述位置误差变化率EC以及所述模糊 输出量U的论域，并分别确定所述位置误差E的隶属度函数、所述位置误差变化率EC的隶 属度函数和所述模糊输出量U的隶属度函数。
[0118] 相应的，通过函数生成模块确定隶属度函数可以确定输入输出量的模糊集，用于 模糊运算和解模运算。
[0119] 优选的，巡检机器人轨迹规划的装置还包括：
[0120] 运动模块：内置有控制小车运动的如下运动学方程式：
[0122] (x，y，0)为巡检机器人的位姿，代表机器人左轮的运动速度，vK代表右轮的 运动速度，L为巡检机器人左右轮的宽度。
[0123] 实际中，小车根据该运动学方程进行小车姿态的调整。
[0124] 综上，本发明有以下有益效果：
[0125] 1、采用模糊控制方式，使系统具有较高的鲁棒性，保证了循迹机器人工作的稳定； 且有效解决了现有控制中由于强耦合、时变，滞后造成的模型不确定，导致控制不准确的问 题；同时采用位置误差和位置误差变化率两个输入量，控制条件更加充分，使控制过程更加 精细平稳，角度调整准确适度，防止循迹机器人在运行中出现较大的摆动。
[0126] 2、本发明对巡检机器人在较复杂的变电站环境中，可以快速、精确的完成巡检任 务，有效的克服了巡检机器人来回摆尾情况，同时具有较好的实时性、抗干扰能力，满足实 际的需要，采用基于模糊控制算法的巡检机器人路径规划综合优于其他方式路径规划。
[0127] 以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员 来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也 应视为本发明的保护范围。
【主权项】
1. 一种巡检机器人轨迹规划的方法，其特征在于，包括： 步骤1 :获取所述巡检机器人的行驶轨迹与磁轨迹的位置误差E以及该位置误差的变 化率EC，作为模糊输入量； 步骤2 :将所述模糊输入量提供给预先设置好的模糊控制器； 步骤3 :所述模糊控制器根据预先设置的模糊推理规则和模糊推理程序，得出模糊输 出量U ; 步骤4 :通过预先选定的模糊输出量隶属度函数与横坐标围成面积的重心进行表决， 得到清晰输出量； 步骤5 :将得到的所述清晰输出量运用线性尺度变换的方法，变换成实际输出量发送 给所述巡检机器人的驱动电机，用于调整所述巡检机器人的转角。2. 根据权利要求1所述的巡检机器人轨迹规划的方法，其特征在于，所述模糊推理规 则包括： 规则1 :所述位置误差E包括7个模糊集{左大NB，左中匪，左小NS，正中Z0,右小PS， 右中PM，右大PB}; 规则2 :所述位置误差变化率EC包括7个模糊集分别为：{负大NBC，负中NMC，负小 NSC，零ZOC，正小PSC，正中PMC，正大PBC}; 规则3 :所述模糊输出量U包括7个模糊集，分别为：{左大转NBS，左中转NMS，左小转 NSS，直行ZOS，右小转PSS，右中转PMS，右大转PBS}; 规则4 :将所述位置误差E和所述位置误差变化率EC所对应的7个模糊集进行排列组 合，并与模糊输出量U对应，形成如下模糊关系矩阵：3. 根据权利要求2所述的巡检机器人轨迹规划的方法，其特征在于，步骤3之前还包 括： 步骤31 :选定所述位置误差E、位置误差变化率EC以及模糊输出量U的论域，并分别确 定所述位置误差E的隶属度函数、所述位置误差变化率EC的隶属度函数和所述模糊输出量 U的隶属度函数。4. 根据权利要求3所述的巡检机器人轨迹规划的方法，其特征在于，所述步骤31包 括： 步骤311 :选定所述位置误差E的论域为：{-6, -5, -4, -3, -2, _1，0，1，2, 3,4, 5,6}，确 定所述位置误差E的隶属度函数； 步骤312 :选定所述位置误差变化率EC的论域为：{-6, -5, -4, -3, -2, -I，0,1，2, 3,4， 5,6}，确定所述位置误差变化率EC的隶属度函数； 步骤313 :选定所述模糊输出量U的论域为：{-30, -25, -20, -15, -10, -5,0, 5,10,15， 20, 25, 30}，确定所述模糊输出量U的隶属度函数。5. 根据以上任一权利要求所述的巡检机器人轨迹规划的方法，其特征在于，包括如下 运动学方程式：(x，y，Θ)为巡检机器人的位姿，V ^代表机器人左轮的运动速度，V ,代表右轮的运动 速度，L为巡检机器人左右轮的宽度。6. -种巡检机器人轨迹规划的装置，其特征在于，包括 获取模块：用于获取所述巡检机器人的行驶轨迹与磁轨迹的位置误差以及该位置误差 的变化率，转化成模糊输入量； 传送模块：用于将所述模糊输入量提供给预先设置好的模糊控制器； 推理模块：用于所述模糊控制器根据预先设置的模糊推理规则和模糊推理程序，得出 模糊输出量U ; 输出模块：用于通过模糊输出量隶属度函数与横坐标围成面积的重心进行表决，得到 清晰量； 执行模块：利用所述清晰量，控制所述巡检机器人的转角。7. 根据权利要求6所述的巡检机器人轨迹规划的装置，其特征在于，还包括， 模糊规则生成单元：所述模糊推理规则包括： 规则1 :所述位置误差E包括7个模糊集{左大NB，左中匪，左小NS，正中ZO,右小PS， 右中PM，右大PB}; 规则2 :所述位置误差变化率EC包括7个模糊集分别为：{负大NBC，负中NMC，负小 NSC，零ZOC，正小PSC，正中PMC，正大PBC}; 规则3 :所述模糊输出量U包括7个模糊集，分别为：{左大转NBS，左中转NMS，左小转 NSS，直行ZOS，右小转PSS，右中转PMS，右大转PBS}; 规则4 :将所述位置误差E和所述位置误差变化率EC所对应的7个模糊集进行排列组 合，并与模糊输出量U对应，形成如下模糊关系矩阵：8. 根据权利要求6所述的巡检机器人轨迹规划的装置，其特征在于，还包括： 函数生成模块：用于选定所述位置误差E、所述位置误差变化率EC以及所述模糊输出 量U的论域，并分别确定所述位置误差E的隶属度函数、所述位置误差变化率EC的隶属度 函数和所述模糊输出量U的隶属度函数。9. 根据权利要求7所述的巡检机器人轨迹规划的装置，其特征在于，还包括： 运动模块：内置有控制小车运动的如下运动学方程式：(x，y，Θ)为巡检机器人的位姿，V ^代表机器人左轮的运动速度，V ,代表右轮的运动 速度，L为巡检机器人左右轮的宽度。
【专利摘要】本发明公开了一种巡检机器人轨迹规划的方法和装置，属于机器人运动控制技术领域，所述方法包括步骤1：获取巡检机器人的行驶轨迹与磁轨迹的位置误差E以及该位置误差的变化率EC；步骤2：将模糊输入量提供给预先设置好的模糊控制器；步骤3：模糊控制器根据预先设置的模糊推理规则和模糊推理程序，得出模糊输出量U；步骤4：通过预先选定的模糊输出量隶属度函数与横坐标围成面积的重心进行表决，得到清晰输出量；步骤5：将得到的清晰输出量运用线性尺度变换的方法，变换成实际输出量发送给巡检机器人的驱动电机，用于调整巡检机器人的转角。与现有技术相比，本发明在机器人运行过程中，具有调节适度、不易出现摆动的优点。
【IPC分类】G05D1/02
【公开号】CN104898665
【申请号】CN201510181797
【发明人】鲁守银, 刘存根, 张营, 李婧瑜, 高焕兵, 隋首钢
【申请人】山东建筑大学
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年4月16日
【技术领域】
[0001] 本发明涉及机器人运动控制技术领域，特别是指一种巡检机器人轨迹规划的方法 和装置。
【背景技术】
[0002] 随着国家对智能化变电所技术的大力推广，巡检机器人替代人工完成变电站巡检 中遇到的急、难、险、重和重复性工作，对变电站进行全天候、全方位、全自助智能巡检和监 控，提高了变电站的安全性。巡检机器人的载体采用轮式移动小车机构，分别为2个前置主 动轮，分别用驱动电机控制，2个后置万向轮，这样的结构简单，便于控制巡检机器人运动及 方向，可以以其中一个主动轮为中心，实现原地小半径转弯，通过主动轮驱动电机的运转速 度和运转方向来实现巡检机器人的运动，利用驱动电机的差速实现转向和调节机器人位姿 等功能。
[0003] 路径规划是巡检机器人更有效率完成任务的重要方面，也是巡检机器人完成巡检 任务的基础。现在巡检机器人的导航方式主要采用磁轨迹导航方式，利用多传感器融合磁 轨迹导航，结合RFID技术定位，对变电站复杂环境具有较强的适应性。但是，目前巡检机器 人在巡检作业时，很容易出现侧滑或者其它原因引起偏离运行轨迹；在转弯时，也较易偏离 运行轨迹，出现较大的运行误差。巡检机器人在调节过程中，会出现机器人调节过度或调节 不适当，使机器人运行不稳定，出现来回摆尾的情况，影响机器人的工作精度。
【发明内容】
[0004] 本发明要解决的技术问题是提供一种调节适度，不易出现摆动的巡检机器人轨迹 规划的方法和装置。
[0005] 为解决上述技术问题，本发明提供技术方案如下：
[0006] -方面，提供一种巡检机器人轨迹规划的方法，包括：
[0007] 步骤1 :获取所述巡检机器人的行驶轨迹与磁轨迹的位置误差E以及该位置误差 的变化率EC，作为模糊输入量；
[0008] 步骤2 :将所述模糊输入量提供给预先设置好的模糊控制器；
[0009] 步骤3 :所述模糊控制器根据预先设置的模糊推理规则和模糊推理程序，得出模 糊输出量U;
[0010] 步骤4 :通过预先选定的模糊输出量隶属度函数与横坐标围成面积的重心进行表 决，得到清晰输出量；
[0011] 步骤5 :将得到的所述清晰输出量运用线性尺度变换的方法，变换成实际输出量 发送给所述巡检机器人的驱动电机，用于调整所述巡检机器人的转角。
[0012] 进一步的，所述模糊推理规则包括：
[0013] 规则1 :所述位置误差E包括7个模糊集{左大NB，左中匪，左小NS，正中ZO,右 小PS，右中PM，右大PB};
[0014] 规则2 :所述位置误差变化率EC包括7个模糊集分别为：{负大NBC，负中NMC，负 小NSC，零ZOC，正小PSC，正中PMC，正大PBC};
[0015] 规则3 :所述模糊输出量U包括7个模糊集，分别为：{左大转NBS，左中转匪S，左 小转NSS，直行ZOS，右小转PSS，右中转PMS，右大转PBS};
[0016] 规则4 :将所述位置误差E和所述位置误差变化率EC所对应的7个模糊集进行排 列组合，并与模糊输出量U对应，形成如下模糊关系矩阵：
[0018] 进一步的，步骤3之前还包括：
[0019] 步骤31 :选定所述位置误差E、位置误差变化率EC以及模糊输出量U的论域，并分 别确定所述位置误差E的隶属度函数、所述位置误差变化率EC的隶属度函数和所述模糊输 出量U的隶属度函数。
[0020] 进一步的，所述步骤31包括：
[0021] 步骤 311 :选定所述位置误差E的论域为：{-6, -5, -4, -3, -2, _1，0，1，2, 3,4, 5， 6}，确定所述位置误差E的隶属度函数；
[0022] 步骤312 :选定所述位置误差变化率EC的论域为：{-6, -5, -4, -3, -2, _1，0,1，2， 3,4, 5,6}，确定所述位置误差变化率EC的隶属度函数；
[0023] 步骤313 :选定所述模糊输出量U的论域为：{-30,-25,-20,-15,-10,-5,0, 5,10， 15, 20, 25, 30}，确定所述模糊输出量U的隶属度函数。
[0024] 进一步的，步骤4之前还包括：
[0025] 此外，巡检机器人轨迹规划的方法，包括如下运动学方程式：
[0027] (x，y，0 )为巡检机器人的位姿，代表机器人左轮的运动速度，vR代表右轮的 运动速度，L为巡检机器人左右轮的宽度。
[0028] 另一方面，提供一种巡检机器人轨迹规划的装置，包括
[0029] 获取模块：用于获取所述巡检机器人的行驶轨迹与磁轨迹的位置误差以及该位置 误差的变化率，转化成模糊输入量；
[0030] 传送模块：用于将所述模糊输入量提供给预先设置好的模糊控制器；
[0031] 推理模块：用于所述模糊控制器根据预先设置的模糊推理规则和模糊推理程序， 得出模糊输出量U;
[0032] 输出模块：用于通过模糊输出量隶属度函数与横坐标围成面积的重心进行表决， 得到清晰量；
[0033] 执行模块：利用所述清晰量，控制所述巡检机器人的转角。
[0034] 进一步的，还包括，
[0035] 模糊规则生成单元：所述模糊推理规则包括：
[0036] 规则1 :所述位置误差E包括7个模糊集{左大NB，左中匪，左小NS，正中ZO,右 小PS，右中PM，右大PB};
[0037] 规则2 :所述位置误差变化率EC包括7个模糊集分别为：{负大NBC，负中NMC，负 小NSC，零ZOC，正小PSC，正中PMC，正大PBC};
[0038]规则3 :所述模糊输出量U包括7个模糊集，分别为：{左大转NBS，左中转匪S，左 小转NSS，直行ZOS，右小转PSS，右中转PMS，右大转PBS};
[0039] 规则4 :将所述位置误差E和所述位置误差变化率EC所对应的7个模糊集进行排 列组合，并与模糊输出量U对应，形成如下模糊关系矩阵：
[0041] 进一步的，还包括：
[0042] 函数生成模块：用于选定所述位置误差E、所述位置误差变化率EC以及所述模糊 输出量U的论域，并分别确定所述位置误差E的隶属度函数、所述位置误差变化率EC的隶 属度函数和所述模糊输出量U的隶属度函数。
[0043] 进一步的，还包括：
[0044] 运动模块：内置有控制小车运动的如下运动学方程式：
[0046] (x，y，0)为巡检机器人的位姿，代表机器人左轮的运动速度，v K代表右轮的 运动速度，L为巡检机器人左右轮的宽度。
[0047] 本发明具有以下有益效果：
[0048] 上述方案中，在巡检机器人行进过程中，随时获取机器人行驶轨迹与磁轨迹的位 置误差以及位置误差变化率，并提供给预先设置好的模糊控制器，得到模糊输出量，通过模 糊输出量隶属度函数与横坐标围成面积的重心进行表决，得到清晰量，进而实现对循迹机 器人动作的调整。
[0049] 采用模糊控制方式，使系统具有较高的鲁棒性，保证了循迹机器人工作的稳定；
[0050] 且有效解决了现有控制中由于强耦合、时变，滞后造成的模型不确定，导致控制不 准确的问题；
[0051] 同时采用位置误差和位置误差变化率两个输入量，控制条件更加充分，使控制过 程更加精细平稳，角度调整准确适度，防止循迹机器人在运行中出现较大的摆动。
【附图说明】
[0052] 图1为本发明的巡检机器人的轨迹规划方法流程图；
[0053] 图2为本发明的输入误差E隶属度函数示意图；
[0054] 图3为本发明的输入误差变化率EC隶属度函数示意图；
[0055] 图4为本发明的模糊输出量U隶属度函数不意图；
[0056] 图5为本发明的巡检机器人运动模型示意图；
[0057] 图6为本发明的巡检机器人的轨迹规划装置结构示意图。
【具体实施方式】
[0058] 为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具 体实施例进行详细描述。
[0059] 一方面提供一种巡检机器人轨迹规划的方法，如图1所示，包括：
[0060] 步骤1 :获取所述巡检机器人的行驶轨迹与磁轨迹的位置误差E以及该位置误差 的变化率EC，作为模糊输入量；
[0061] 巡检机器人在行驶过程中，不断监测本身运行轨迹与磁轨迹的偏差，根据偏 差量 大小与偏差变化快慢，并结合后续步骤来确定调整角的大小。
[0062] 步骤2 :将所述模糊输入量提供给预先设置好的模糊控制器；
[0063] 步骤3 :所述模糊控制器根据预先设置的模糊推理规则和模糊推理程序，得出模 糊输出量U;
[0064] 根据理论知识与实际实验情况，我们设定好了关于小车运动模糊控制规则以及模 块推理的程序；当有输入量输入模糊控制器时，模糊控制器会对应输出一个模糊输出量。
[0065] 步骤4 :通过预先选定的模糊输出量隶属度函数与横坐标围成面积的重心进行表 决，得到清晰输出量；
[0066] 通过模糊推理得到的结果是一个模糊集合，须有一个确定值才能控制巡检机器人 的执行机构，按照隶属度函数曲线与横坐标围成面积的重心进行表决，得到巡检机器人应 调整角度的清晰量，运用重心法能够使控制过程更加平稳。
[0067] 步骤5 :将得到的所述清晰输出量运用线性尺度变换的方法，变换成实际输出量 发送给所述巡检机器人的驱动电机，用于调整所述巡检机器人的转角。
[0068] 清晰输出量与实际控制驱动电机的输出量有一定的线性对应关系，所以可以运用 线性尺度变换的方法将清晰量换算成用于驱动电机的实际输出量。
[0069] 巡检机器人采用轮式结构，巡检机器人巡检作业的精度主要依靠车轮差速的精 度，在巡检机器人载体的前方放置多个传感器，其工作原理就是通过放置的传感器实时对 磁轨迹的位置信息检测，巡检机器人利用传感器检测的位置信息对位姿进行相应的动作。 本发明就是利用实时反馈的位置信息进行分析处理然后进行精确的路径规划。
[0070] 上述方案中，在巡检机器人行进过程中，随时获取机器人行驶轨迹与磁轨迹的位 置误差E以及位置误差变化率EC，并提供给预先设置好的模糊控制器，得到模糊输出量，通 过模糊输出量隶属度函数与横坐标围成面积的重心进行表决，得到清晰量，进而实现对循 迹机器人动作的调整。
[0071] 采用模糊控制方式，使系统具有较高的鲁棒性，保证了循迹机器人工作的稳定；
[0072] 且有效解决了现有控制中由于强耦合、时变，滞后造成的模型不确定，导致控制不 准确的问题；
[0073] 同时采用位置误差和位置误差变化率两个输入量，控制条件更加充分，使控制过 程更加精细平稳，角度调整准确适度，防止循迹机器人在运行中出现较大的摆动。
[0074] 进一步的，上所述模糊推理规则优选包括：
[0075] 规则1 :所述位置误差E包括7个模糊集{左大NB，左中匪，左小NS，正中ZO,右 小PS，右中PM，右大PB};
[0076] 根据行驶轨迹与磁轨迹的位置误差E大小，将其定义为7个模糊集。
[0077] 规则2 :所述位置误差变化率EC包括7个模糊集分别为：{负大NBC，负中NMC，负 小NSC，零ZOC，正小PSC，正中PMC，正大PBC};
[0078] 同理根据上述位置误差变化率大小，将位置误差变化率EC定义成7个模糊集。
[0079]规则3 :所述模糊输出量U包括7个模糊集，分别为：{左大转NBS，左中转匪S，左 小转NSS，直行ZOS，右小转PSS，右中转PMS，右大转PBS};
[0080] 同理根据模糊输出量大小，将其定义成7个模糊集。
[0081] 规则4 :将所述位置误差E和所述位置误差变化率EC所对应的7个模糊集进行排 列组合，并与模糊输出量U对应，形成如下模糊关系矩阵：
[0083] 根据思维推理以及知识库，同时结合巡检机器人的控制经验和运动特性，进行设 计消除误差，建立模糊控制器的控制规则。由巡检机器人与磁轨迹的位置误差与误差变化 率均对应7个模糊集，进行排列组合，共有49条模糊规则。当误差E较小，而且误差不变时， 即误差变化率EC为0,可定义为巡检机器人正沿着磁轨迹运行；当误差变化率EC变化较大 时，说明巡检机器人正在偏离磁轨迹引导线，则需要调整巡检机器人的运行角度，即调整驱 动电机的驱动速度，例如用一例语句来描述：ifE=NBandEC=NBthenU=PB。实际 使用中，根据两个输入量的值，查表对应找出输出模糊值。这种查表法，减少了运算次数，能 大幅度提高模糊控制效率。
[0084] 优选的，步骤3之前还可以包括：
[0085] 步骤31 :选定所述位置误差E、位置误差变化率EC以及模糊输出量U的论域，并分 别确定所述位置误差E的隶属度函数、所述位置误差变化率EC的隶属度函数和所述模糊输 出量U的隶属度函数。
[0086] 根据实际运行中，位置误差E、位置误差变化率EC以及模糊输出量U的大小，分别 确定它们确定的论域，并在论域基础上建立模糊度函数。根据隶属度函数，确定每个数值在 某一模糊集中的隶属度大小，越接近于1说明隶属度越高。同时，确定隶属度函数可以确定 输入输出量的模糊集，用于模糊运算和解模运算。
[0087] 进一步优选的，所述步骤31可以包括：
[0088] 步骤 311 :选定所述位置误差E的论域为：{-6, -5, -4, -3, -2, _1，0，1，2, 3,4, 5， 6}，确定所述位置误差E的隶属度函数；
[0089] 根据位置误差E的范围确定位置误差E的隶属度函数，如图2所示，函数对应位置 误差E实际取值范围。
[0090] 步骤312 :选定所述位置误差变化率EC的论域为：{-6, -5, -4, -3, -2, _1，0,1，2， 3,4, 5,6}，确定所述位置误差变化率EC的隶属度函数；
[0091] 为了能够较严格地反映受控过程中输出量的动态特性，根据位置误差变化率EC 的范围确定位置误差变化率EC的隶属度函数，如图3所示，函数对应位置误差变化率EC的 取值范围，。
[0092] 步骤313 :选定所述模糊输出量U的论域为：{-30,-25,-20,-15,-10,-5,0, 5,10， 15, 20, 25, 30}，确定所述模糊输出量U的隶属度函数。
[0093] 根据模糊输出量U的范围确定模糊输出量U的隶属度函数，如图4所示，函数对应 模糊输出量U的取值范围，该输出量是一个位置量，需通过控制主动轮的两个驱动电机的 转速来实现。
[0094] 进一步的，根据巡检机器人的运动特性，建立巡检机器人的数学模型。如图5所 示，坐标系X0Y是巡检机器人绝对坐标系；以巡检机器人的质心建立巡检机器人相对坐标 系x〇y，得到巡检机器人的运动学方程式：
[0096] (x，y，0)为巡检机器人的位姿，代表机器人左轮的运动速度，vK代表右轮的 运动速度，L为巡检机器人左右轮的宽度。
[0097] 对巡检机器人进行动态分析，明确输出控制量，根据巡检机器人运动学方程P所 述，通过控制巡检机器人的左右两驱动轮速度，就可以实现对巡检机器人位姿和运动的控 制，以达到巡检机器人运动目的。
[0098] 与上述方法相对应，本发明提供一种巡检机器人轨迹规划的装置，如图6所示，包 括：
[0099] 获取模块1' ：用于获取所述巡检机器人的行驶轨迹与磁轨迹的位置误差以及该位 置误差的变化率，转化成模糊输入量；
[0100] 传送模块2' ：用于将所述模糊输入量提供给预先设置好的模糊控制器；
[0101] 推理模块3' ：用于所述模糊控制器根据预先设置的模糊推理规则和模糊推理程 序，得出模糊输出量U;
[0102] 输出模块4' ：用于通过模糊输出量隶属度函数与横坐标围成面积的重心进行表 决，得到清晰量；
[0103] 执行模块5' ：利用所述清晰量，控制所述巡检机器人的转角。
[0104] 与现有技术相比，在巡检机器人行进过程中，获取模块1'，随时获取机器人行驶轨 迹与磁轨迹的位置误差E以及位置误差变化率EC，作为模糊输入量。传送模块2'将输入量 提供给推理模块3'，推理模块3'中含有预先设置有模糊推理规则和模糊推理程序的模糊 控制器，从而得到模糊输出量，之后模糊输出量被传送给输出模块4'，通过模糊输出量隶属 度函数与横坐标围成面积的重心进行表决，得到清晰量，在经过执行模块5'的线性转换，变 成实际可执行的控制量驱动电机，进而实现对循迹机器人动作的调整。
[0105] 采用模糊控制方式，使系统具有较高的鲁棒性，保证了循迹机器人工作的稳定；
[0106] 且有效解决了现有控制中由于强耦合、时变，滞后造成的模型不确定，导致控制不 准确的问题；
[0107] 同时采用位置误差和位置误差变化率两个输入量，控制条件更加充分，使控制过 程更加精细平稳，角度调整准确 适度，防止循迹机器人在运行中出现较大的摆动。
[0108] 进一步的，上述推理模块3'还包括，
[0109] 模糊规则生成单元：所述模糊推理规则包括：
[0110] 规则1 :所述位置误差E包括7个模糊集{左大NB，左中匪，左小NS，正中ZO,右 小PS，右中PM，右大PB};
[0111] 规则2 :所述位置误差变化率EC包括7个模糊集分别为：{负大NBC，负中NMC，负 小NSC，零ZOC，正小PSC，正中PMC，正大PBC};
[0112]规则3 :所述模糊输出量U包括7个模糊集，分别为：{左大转NBS，左中转匪S，左 小转NSS，直行ZOS，右小转PSS，右中转PMS，右大转PBS};
[0113] 规则4 :将所述位置误差E和所述位置误差变化率EC所对应的7个模糊集进行排 列组合，并与模糊输出量U对应，形成如下模糊关系矩阵：
[0115] 与上述方法相对应，实际运行中，通过该规则，应用查表法，减少了运算步骤，能够 大幅度提高模糊控制效率。
[0116] 进一步的，巡检机器人轨迹规划的装置还包括：
[0117] 函数生成模块：用于选定所述位置误差E、所述位置误差变化率EC以及所述模糊 输出量U的论域，并分别确定所述位置误差E的隶属度函数、所述位置误差变化率EC的隶 属度函数和所述模糊输出量U的隶属度函数。
[0118] 相应的，通过函数生成模块确定隶属度函数可以确定输入输出量的模糊集，用于 模糊运算和解模运算。
[0119] 优选的，巡检机器人轨迹规划的装置还包括：
[0120] 运动模块：内置有控制小车运动的如下运动学方程式：
[0122] (x，y，0)为巡检机器人的位姿，代表机器人左轮的运动速度，vK代表右轮的 运动速度，L为巡检机器人左右轮的宽度。
[0123] 实际中，小车根据该运动学方程进行小车姿态的调整。
[0124] 综上，本发明有以下有益效果：
[0125] 1、采用模糊控制方式，使系统具有较高的鲁棒性，保证了循迹机器人工作的稳定； 且有效解决了现有控制中由于强耦合、时变，滞后造成的模型不确定，导致控制不准确的问 题；同时采用位置误差和位置误差变化率两个输入量，控制条件更加充分，使控制过程更加 精细平稳，角度调整准确适度，防止循迹机器人在运行中出现较大的摆动。
[0126] 2、本发明对巡检机器人在较复杂的变电站环境中，可以快速、精确的完成巡检任 务，有效的克服了巡检机器人来回摆尾情况，同时具有较好的实时性、抗干扰能力，满足实 际的需要，采用基于模糊控制算法的巡检机器人路径规划综合优于其他方式路径规划。
[0127] 以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员 来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也 应视为本发明的保护范围。
【主权项】
1. 一种巡检机器人轨迹规划的方法，其特征在于，包括： 步骤1 :获取所述巡检机器人的行驶轨迹与磁轨迹的位置误差E以及该位置误差的变 化率EC，作为模糊输入量； 步骤2 :将所述模糊输入量提供给预先设置好的模糊控制器； 步骤3 :所述模糊控制器根据预先设置的模糊推理规则和模糊推理程序，得出模糊输 出量U ; 步骤4 :通过预先选定的模糊输出量隶属度函数与横坐标围成面积的重心进行表决， 得到清晰输出量； 步骤5 :将得到的所述清晰输出量运用线性尺度变换的方法，变换成实际输出量发送 给所述巡检机器人的驱动电机，用于调整所述巡检机器人的转角。2. 根据权利要求1所述的巡检机器人轨迹规划的方法，其特征在于，所述模糊推理规 则包括： 规则1 :所述位置误差E包括7个模糊集{左大NB，左中匪，左小NS，正中Z0,右小PS， 右中PM，右大PB}; 规则2 :所述位置误差变化率EC包括7个模糊集分别为：{负大NBC，负中NMC，负小 NSC，零ZOC，正小PSC，正中PMC，正大PBC}; 规则3 :所述模糊输出量U包括7个模糊集，分别为：{左大转NBS，左中转NMS，左小转 NSS，直行ZOS，右小转PSS，右中转PMS，右大转PBS}; 规则4 :将所述位置误差E和所述位置误差变化率EC所对应的7个模糊集进行排列组 合，并与模糊输出量U对应，形成如下模糊关系矩阵：3. 根据权利要求2所述的巡检机器人轨迹规划的方法，其特征在于，步骤3之前还包 括： 步骤31 :选定所述位置误差E、位置误差变化率EC以及模糊输出量U的论域，并分别确 定所述位置误差E的隶属度函数、所述位置误差变化率EC的隶属度函数和所述模糊输出量 U的隶属度函数。4. 根据权利要求3所述的巡检机器人轨迹规划的方法，其特征在于，所述步骤31包 括： 步骤311 :选定所述位置误差E的论域为：{-6, -5, -4, -3, -2, _1，0，1，2, 3,4, 5,6}，确 定所述位置误差E的隶属度函数； 步骤312 :选定所述位置误差变化率EC的论域为：{-6, -5, -4, -3, -2, -I，0,1，2, 3,4， 5,6}，确定所述位置误差变化率EC的隶属度函数； 步骤313 :选定所述模糊输出量U的论域为：{-30, -25, -20, -15, -10, -5,0, 5,10,15， 20, 25, 30}，确定所述模糊输出量U的隶属度函数。5. 根据以上任一权利要求所述的巡检机器人轨迹规划的方法，其特征在于，包括如下 运动学方程式：(x，y，Θ)为巡检机器人的位姿，V ^代表机器人左轮的运动速度，V ,代表右轮的运动 速度，L为巡检机器人左右轮的宽度。6. -种巡检机器人轨迹规划的装置，其特征在于，包括 获取模块：用于获取所述巡检机器人的行驶轨迹与磁轨迹的位置误差以及该位置误差 的变化率，转化成模糊输入量； 传送模块：用于将所述模糊输入量提供给预先设置好的模糊控制器； 推理模块：用于所述模糊控制器根据预先设置的模糊推理规则和模糊推理程序，得出 模糊输出量U ; 输出模块：用于通过模糊输出量隶属度函数与横坐标围成面积的重心进行表决，得到 清晰量； 执行模块：利用所述清晰量，控制所述巡检机器人的转角。7. 根据权利要求6所述的巡检机器人轨迹规划的装置，其特征在于，还包括， 模糊规则生成单元：所述模糊推理规则包括： 规则1 :所述位置误差E包括7个模糊集{左大NB，左中匪，左小NS，正中ZO,右小PS， 右中PM，右大PB}; 规则2 :所述位置误差变化率EC包括7个模糊集分别为：{负大NBC，负中NMC，负小 NSC，零ZOC，正小PSC，正中PMC，正大PBC}; 规则3 :所述模糊输出量U包括7个模糊集，分别为：{左大转NBS，左中转NMS，左小转 NSS，直行ZOS，右小转PSS，右中转PMS，右大转PBS}; 规则4 :将所述位置误差E和所述位置误差变化率EC所对应的7个模糊集进行排列组 合，并与模糊输出量U对应，形成如下模糊关系矩阵：8. 根据权利要求6所述的巡检机器人轨迹规划的装置，其特征在于，还包括： 函数生成模块：用于选定所述位置误差E、所述位置误差变化率EC以及所述模糊输出 量U的论域，并分别确定所述位置误差E的隶属度函数、所述位置误差变化率EC的隶属度 函数和所述模糊输出量U的隶属度函数。9. 根据权利要求7所述的巡检机器人轨迹规划的装置，其特征在于，还包括： 运动模块：内置有控制小车运动的如下运动学方程式：(x，y，Θ)为巡检机器人的位姿，V ^代表机器人左轮的运动速度，V ,代表右轮的运动 速度，L为巡检机器人左右轮的宽度。
【专利摘要】本发明公开了一种巡检机器人轨迹规划的方法和装置，属于机器人运动控制技术领域，所述方法包括步骤1：获取巡检机器人的行驶轨迹与磁轨迹的位置误差E以及该位置误差的变化率EC；步骤2：将模糊输入量提供给预先设置好的模糊控制器；步骤3：模糊控制器根据预先设置的模糊推理规则和模糊推理程序，得出模糊输出量U；步骤4：通过预先选定的模糊输出量隶属度函数与横坐标围成面积的重心进行表决，得到清晰输出量；步骤5：将得到的清晰输出量运用线性尺度变换的方法，变换成实际输出量发送给巡检机器人的驱动电机，用于调整巡检机器人的转角。与现有技术相比，本发明在机器人运行过程中，具有调节适度、不易出现摆动的优点。
【IPC分类】G05D1/02
【公开号】CN104898665
【申请号】CN201510181797
【发明人】鲁守银, 刘存根, 张营, 李婧瑜, 高焕兵, 隋首钢
【申请人】山东建筑大学
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年4月16日
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