基于一致性理论的多机器鱼编队控制

针对多机器鱼系统的一致性问题,设计一种基于一致性理论的多机器鱼编队控制模型。采用一个基于拓扑结构的多机器鱼编队控制模型描述机器鱼之间的信息交换方式,分析该模型下的有向网络取得渐近一致性的条件,并应用到领航者一跟随者模式下的编队控制中,将任意的队形转化为“一跟一”的局部“领导-跟随”关系并奔向目标区域,并在水中机器鱼2D仿真平台上进行仿真分析。仿真结果表明：该编队理论在多机器鱼控制系统中是有效的。     

基于合作博弈的多机器鱼路径规划

为更好地实现机器鱼之间的协作,避免只规划单个机器鱼的最优路径而使系统运动有失协调性,提出基于合作博弈的多机器鱼路径规划方法。利用博弈论中的合作博弈建立数学模型,将系统中的多机器鱼对应于博弈的参与者,对多机器鱼路径构造合作模型下的博弈方得益函数,求得系统的帕累托(Pareto)最优解,从而得到整个系统的最优路径。在水中机器人2D仿真平台上进行实验分析并用Matlab模拟机器鱼轨迹。分析结果表明,该路径规划理论应用在多机器鱼运动系统中是有效、可行的。     

基于位置反馈的多机器鱼编队控制

为实现多机器鱼的队形控制,在图论队形控制理论的基础上引入一种基于位置反馈的队形控制策略。介绍参考机器鱼的概念,在任一时刻都设定一个保持不动的参考机器鱼,其它机器鱼则根据当前参考机器鱼的位置及机器鱼之间的信息交互来调整其相对位置,使多机器鱼系统在有限时间内实现任意队形的形成。在水下机器人2D仿真平台上进行实验,并给出不同情况的实验结果。仿真结果表明：该方法整体性好,鲁棒性强,抗干扰性强,计算简单,可实现任意队形。     

基于双重遗传算法的多机器鱼路径规划

为更快地计算出机器鱼之间在协调合作下的最优路径,提出一种基于改进的遗传算法的多目标路径规划方法。在传统遗传算法的基础上加入了插入、删除和修复算子,提高了算法的搜索效率,在选择算子中加入了避免外部存储器中出现相同个体的机制,防止＂早熟＂收敛,并将该算法引入到多机器鱼路径规划中,通过变异、选择等操作得到最优路径。水中机器鱼比赛2D仿真平台上的实验结果表明：该算法具有较快的搜索效率和较强的适应性,并大大提高了系统的协调性。     

水中机器人2D仿真平台的直线优化算法

基于 URWPGSim2D 仿真平台,提出在水中搬运项目上的一种直线优化算法.分析仿真机器鱼的运动特性,介绍2D仿真机器鱼现有的point to point算法,给出优化后的直线算法,并通过实验进行验证.实验结果表明:优化后的算法能有效提高机器鱼的稳定性,能更好地进行控制,可为水中机器人其他项目仿真鱼的控制提供参考.     

基于任务规划的多机器鱼协作策略

为解决2D仿真机器鱼比赛中多鱼对抗项目的任务分工、整体合作及实时动态调整问题,提出基于多机器鱼协作任务规划原理的协作策略。根据机器鱼自身完成任务的能力和效率,将给定的任务分解和分配,按照各比赛项目的特征分别采取不同的协作策略:对2vs2采用群协作分配方式,5vs5项目采用集中分配方式,并设计了三鱼协作队形以提高动作的有效性。仿真结果表明:该协作任务规划方法可增强多鱼的协作能力、动态调整能力和进球率,较好地满足了多机器鱼系统的控制要求。     

基于蚁群算法的仿真机器鱼动作决策策略

针对仿真机器鱼非对抗赛和对抗赛情况,为使求解结果在既不依赖初始路线的选择,也不需要外界的特定干预的情况下,实现鱼快速、准确的调整,分别提出2种基于蚁群算法的动作决策策略。基于蚁群算法的分支界限法,判断机器鱼关键物理量所在分支,自主确定当前时刻的鱼的速度和角速度档位的最优组合;而基于蚁群算法的动态规划法,在每个周期内,根据机器鱼反馈回来的动态变量及时进行自主调整。以上2种方法经2D仿真平台验证结果表明：机器鱼可根据该策略调整路径,实现速度和方向的组合优化,以最短的时间和距离找到目标点。这说明基于蚁群算法的2种动作决策策略具有很强的适应能力,满足仿真机器鱼对于动作决策的要求。     

机器鱼仿真水球斯诺克比赛策略

针对中国水中机器人大赛中2D仿真机器鱼水球斯诺克项目,从比赛策略和控制方法 2方面进行研究。介绍仿真平台及斯诺克项目,给出机器鱼对目标球及最佳球洞的选择策略,提出一种基于虚拟区域法的路径规划方法,对仿真机器鱼的运动进行控制。实践结果表明,虚拟区域法在路径规划上是有效的。     

机器鱼2D 仿真抢球博弈策略优化

基于国际水中机器人大赛2D仿真抢球博弈项目,针对仿真机器鱼路径规划问题提出弧切算法,设计仿真机器鱼的运动轨迹,并由角速度档位划分确保仿真机器鱼运球的稳定性.以距离角度值为基础提出死角避险、双鱼协作合力顶球算法,意在实现仿真机器鱼快速、高效进球,从而提高策略的健壮性,并通过URWPGSim2D仿真平台对策略进行验证.实验结果表明:该策略可以在较短时间内取得较大分数领先,并且呈现出高效、稳定的优点.     

一种基于中垂线路径规划的仿真机器鱼射门算法

为提高仿真机器鱼在进攻过程中的射门效率和准确度,减少水波和敌方对仿真鱼的干扰[1],设计一种基于仿真鱼的刚体中心点和仿真水球中心点连线的中垂线的射门路径最优路径规划算法[2]。介绍中垂线路径规划最优射门算法,分析算法用于射门存在的问题,给出射门算法改进的基本思路,提出算法的实现方法,并以实例进行仿真及效果评价。该算法已成功应用于机器鱼水球比赛1vs1、3vs3、水球斯诺克等中。实际应用结果表明:该算法实现简洁巧妙,进攻效率高而且抗干扰强,能使机器鱼在最短的时间内寻找一条合适路径然后顶球射门[3]。     

一种基于有限状态自动机的多鱼协作顶球算法

针对水中机器人比赛中多机器鱼协作顶球时出现的互相干扰的问题,提出一种基于有限状态自动机的多鱼协作顶球算法。从机器鱼运动特点以及水环境的特点出发,以单鱼顶球算法为基础,以有限状态自动机的思路建模,对每条机器鱼的动作决策进行规划,从而能够高效地完成每条机器鱼的路径规划并避免互相干扰,以达到高效顶球的效果。实验结果证明:该有限状态机能够触发每条鱼的状态动作的转换,最大可能地实现互不干扰地交互顶球,大大提高了在多鱼顶球时的效率。     

基于GRNN 的机器鱼直游稳态速度建模

为解决机器鱼动力学建模中瞬变的强非线性流动控制等难点问题,建立基于广义回归神经网络（General Regression Neural Network,GRNN）的机器鱼直游稳态速度模型。以三关节仿生机器鱼为研究对象,利用神经网络的非线性逼近能力,使用GRNN辨识机器鱼游速与其运动参数之间的强非线性关系,建立了电机控制参数与仿生机器鱼直游稳态速度之间关系的模型,并通过实验进行了预测值与实际值之间的误差分析。实验结果证明,采用GRNN神经网络辨识技术建立仿科机器鱼直游速度模型是完全可行的。     

基于PID 算法的水中机器鱼方向档位控制方法

为了找到机器鱼在游动过程中每一时刻适应当前速度的最佳方向档位,笔者基于PID算法,提出了一种水中机器鱼方向档位的控制方法。分析PID控制原理,将其用于水中机器鱼方向档位的控制,设计出了适合机器鱼顶水球模型的PD算法,并给出了具体的实现方法和调试思路。实验结果表明:该算法有效地弥补了以往参赛者使用的算法中的不足,可以使机器鱼快速稳定地调整方向位姿,在实际应用中表现出了良好的带球游动性能。     

抢球大作战策略优化

根据水中机器人水球比赛仿真器2D版软件比赛平台下的机器鱼顶球所具有的速度和连贯性,对抢球大作战项目中机器鱼的进攻和防守策略进行优化。研究抢球大作战项目里的顶球函数,分析上下半场两机器鱼的协作能力,使机器鱼达到"动静结合"的效果,使我方的机器鱼一直处于主动状态,对方机器鱼处于无球或没有好球可抢的境地,并以实例进行仿真实验。实例结果表明,该策略能使机器鱼抢到更多的球。     

基于弦端点法的机器鱼寻迹策略

为进一步缩短机器鱼寻迹顶球所走的路径,提高机器鱼找目标点的效率,提出一种基于弦端点法的机器鱼寻迹策略。在对切入圆算法改进的基础上,给出弦端点法的总体思路,通过作辅助圆弦中垂线的方法给机器鱼具有很好连贯性且逐渐逼近最佳击球点的一系列目标点。对2种算法的寻迹情况进行比较的结果表明:该策略能使机器鱼在寻找目标点时游动路径更短、轨迹更光滑,从而更好地实现顶球射门。     

一种动态多传感器一致性融合算法

针对现有一致性融合算法在处理时变系统的状态估计时,不能准确度量传感器的一致性和可靠性,且传感器一致性均值和可靠性度量存在＂数据饱和＂和＂历史信息浪费＂等问题,将一致性均值和方差的计算转化为时变参数估计问题,引入一致性衰减因子和方差衰减因子,更为客观地度量传感器的一致性和可靠性,实现传感器融合权重的动态调整,从而将一致性融合算法推广应用到时变系统。仿真结果表明,该方法可更为合理地分配各传感器的融合权重,改善一致性融合算法的性能。