高 劍，于連生，崔倍寧，張 乾

(1.菏澤市科學(xué)技術(shù)信息研究所，山東 菏澤 274000； 2.單縣科技成果轉(zhuǎn)化服務(wù)中心，山東 菏澤 274000)

0 引言

全向輪是由主輪轂和從動(dòng)輪共同組成的全方向制導(dǎo)型輪體應(yīng)用結(jié)構(gòu)，是具有自動(dòng)執(zhí)行能力的機(jī)器裝置。近年來(lái)，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，全向輪逐漸成為一種關(guān)鍵的移動(dòng)機(jī)器人加工部件，在復(fù)雜的移動(dòng)環(huán)境之中，全向輪可以為機(jī)器人提供全方位的行進(jìn)動(dòng)力，不但能夠避免因方向動(dòng)力不足而引發(fā)的航跡偏向問(wèn)題，還可以為整個(gè)滾輪結(jié)構(gòu)組織提供足量的行進(jìn)動(dòng)力支持[1]。在全向輪機(jī)器人的移動(dòng)過(guò)程中，受到行進(jìn)速度、轉(zhuǎn)向指標(biāo)等條件的影響，核心主機(jī)所捕獲到的目標(biāo)對(duì)象并不能完全符合理想目標(biāo)設(shè)定條件[2]。為避免上述情況的發(fā)生，基于ROS算法的管控系統(tǒng)借助傳感器設(shè)備，對(duì)全向輪移動(dòng)機(jī)器人所面對(duì)的目標(biāo)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，并通過(guò)對(duì)應(yīng)標(biāo)記的方式，幫助主機(jī)元件對(duì)這些目標(biāo)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤[3]。然而在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，所獲得目標(biāo)對(duì)象的物理覆蓋范圍依然相對(duì)較小，并不能將理想目標(biāo)完全包含在內(nèi)。

關(guān)聯(lián)規(guī)則挖掘是計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域的專有名詞，其應(yīng)用目的在于確定數(shù)據(jù)項(xiàng)集之間的相互影響關(guān)系，并可在關(guān)聯(lián)性法則的作用下，建立必要的函數(shù)映射條件?，F(xiàn)階段，關(guān)聯(lián)規(guī)則挖掘政策的應(yīng)用，離不開大數(shù)據(jù)處理技術(shù)。所謂大數(shù)據(jù)處理就是在海量數(shù)據(jù)信息資源的支持下，將各個(gè)指標(biāo)參量分別與初始系數(shù)進(jìn)行對(duì)比，根據(jù)具體數(shù)值結(jié)果，剔除距離適用標(biāo)準(zhǔn)相對(duì)較遠(yuǎn)的指標(biāo)參量，并將另一個(gè)系數(shù)指標(biāo)作為下一次對(duì)比處理的初始指標(biāo)參量。從實(shí)用性角度來(lái)看，“關(guān)聯(lián)”能夠精準(zhǔn)反映一個(gè)事件與另一個(gè)事件之間的相互依賴關(guān)系，且隨著事件累積量的增加，這種相互依賴關(guān)系雖然會(huì)變得更加頻繁，但相關(guān)數(shù)據(jù)信息之間的函數(shù)映射關(guān)系卻始終不會(huì)發(fā)生改變，這也是關(guān)聯(lián)規(guī)則挖掘指令能夠準(zhǔn)確處理復(fù)雜數(shù)據(jù)之間相互制約關(guān)系的主要原因。

當(dāng)前已有相關(guān)領(lǐng)域?qū)W者對(duì)全向輪移動(dòng)機(jī)器人目標(biāo)跟蹤控制方法做出了研究。文獻(xiàn)[4]提出基于視覺特征的全向輪移動(dòng)機(jī)器人目標(biāo)跟蹤方法。在 TLD框架下，利用核相關(guān)濾波算法和CN色彩特性進(jìn)行目標(biāo)識(shí)別，實(shí)現(xiàn)了基于視覺特征的全向輪移動(dòng)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)軌跡跟蹤。文獻(xiàn)[5]提出基于激光SLAM的全方位移動(dòng)機(jī)器人目標(biāo)跟蹤控制方法。利用激光雷達(dá)設(shè)計(jì)建圖導(dǎo)航功能以及 ROS與下位機(jī)通訊的串行通訊，使控制系統(tǒng)能夠順利地完成各個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)，并通過(guò)串行接口接受 ROS的速度命令，完成速度的控制。上述方法均具有一定的有效性，但全向輪移動(dòng)機(jī)器人目標(biāo)跟蹤精度仍有待提升。

為解決全向輪移動(dòng)機(jī)器人目標(biāo)跟蹤精度差的問(wèn)題，設(shè)計(jì)基于關(guān)聯(lián)規(guī)則挖掘的新型全向輪移動(dòng)機(jī)器人目標(biāo)跟蹤控制系統(tǒng)。

1 機(jī)器人目標(biāo)跟蹤控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

本文研究全向輪移動(dòng)機(jī)器人對(duì)象為AGV搬運(yùn)機(jī)器人，其具備路徑自動(dòng)導(dǎo)引功能，可實(shí)現(xiàn)360°全方向移動(dòng)。全向輪移動(dòng)機(jī)器人目標(biāo)跟蹤控制系統(tǒng)的硬件應(yīng)用結(jié)構(gòu)由CAN框架、核心管控電路、I/O跟蹤模塊、控制器元件四部分共同組成，具體機(jī)器人目標(biāo)跟蹤控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 機(jī)器人目標(biāo)跟蹤控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

具體的器人目標(biāo)跟蹤控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)方法如下。

1.1 CAN主控框架

全向輪移動(dòng)機(jī)器人目標(biāo)跟蹤控制系統(tǒng)以CAN框架作為基礎(chǔ)搭建結(jié)構(gòu)，具體連接結(jié)構(gòu)如圖2所示?？梢月?lián)合收發(fā)器、控制器、單片機(jī)等多個(gè)應(yīng)用元件，確定機(jī)器人目標(biāo)節(jié)點(diǎn)與核心控制主機(jī)之間的間隔距離，由于全向機(jī)器人的實(shí)際行進(jìn)長(zhǎng)度并不確定，所以核心跟蹤主機(jī)也并不能確定目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的具體個(gè)數(shù)，一般來(lái)說(shuō)，全向機(jī)器人的行進(jìn)長(zhǎng)度越遠(yuǎn)，目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的個(gè)數(shù)也就越多。在CAN主控架構(gòu)中，PC主機(jī)負(fù)責(zé)記錄已通過(guò)機(jī)器人目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的所處位置，且由于接口卡設(shè)備的存在，所有記錄數(shù)據(jù)都能得到長(zhǎng)時(shí)間地存儲(chǔ)，一方面便于跟蹤主機(jī)的調(diào)取與利用，另一方面也可以實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)的準(zhǔn)確統(tǒng)計(jì)。CAN收發(fā)器直接記錄機(jī)器人目標(biāo)節(jié)點(diǎn)當(dāng)前所處位置的物理特征，并可將記錄結(jié)果以傳輸數(shù)據(jù)的方式，反饋給下級(jí)控制器元件。為使機(jī)器人目標(biāo)節(jié)點(diǎn)信息得到準(zhǔn)確記錄，收發(fā)器、控制器設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳輸只能保持順向反饋狀態(tài)，即已記錄目標(biāo)節(jié)點(diǎn)信息只能被數(shù)據(jù)庫(kù)主機(jī)長(zhǎng)久儲(chǔ)存，并不能隨著控制系統(tǒng)的運(yùn)行而再次被反饋至其他應(yīng)用結(jié)構(gòu)之中[6]。

圖2 CAN主控框架的結(jié)構(gòu)示意圖

由于系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)主機(jī)并不能與CAN主控框架之間相連，所以在全向輪機(jī)器人的行進(jìn)過(guò)程中，單片機(jī)元件負(fù)責(zé)暫時(shí)存儲(chǔ)與待跟蹤目標(biāo)節(jié)點(diǎn)相關(guān)的數(shù)據(jù)記錄信息。

1.2 核心管控電路

核心管控電路作為唯一可以向全向輪移動(dòng)機(jī)器人提供電量供應(yīng)的物理元件，在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，能夠長(zhǎng)時(shí)間保持穩(wěn)定的電信號(hào)輸出狀態(tài)，且隨著機(jī)器人行進(jìn)速度的加快，電信號(hào)的傳輸速率也會(huì)不斷增大，直至I/O跟蹤模塊、轉(zhuǎn)向控制器、速度控制器等下級(jí)應(yīng)用元件都能接收到穩(wěn)定的供應(yīng)電子量[7-8]。PW4203結(jié)構(gòu)作為核心管控電路中的關(guān)鍵連接設(shè)備，可以在整合游離電信號(hào)的同時(shí)，開啟所有外部負(fù)載接口，如圖3中的1、2、3、4、5、6、7、8號(hào)物理接口組織，一方面為電阻設(shè)備提供大量的傳輸電信號(hào)，另一方面也可以使得D1、D2兩個(gè)電容元件的穩(wěn)定供應(yīng)狀態(tài)得到較好保障。

圖3 全向輪移動(dòng)機(jī)器人的核心管控電路

D1是一個(gè)完全開放的電容元件，允許電信號(hào)交流與直流傳輸行為的共同存在，對(duì)于全向機(jī)器人而言，隨著其移動(dòng)路程的延長(zhǎng)，D1元件所承擔(dān)的物理電壓數(shù)值也會(huì)不斷增大[9]。D2是一個(gè)部分開發(fā)的電容元件，只允許電信號(hào)直流傳輸行為的存在，對(duì)于傳輸于其中的電流與電壓參量也只能進(jìn)行一定強(qiáng)度的聚合處理。C類型電容、R類型電阻作為核心管控電路中的電量消耗元件，能夠?qū)θ蜉啓C(jī)器人的移動(dòng)供電提供有力保障，并使得控制主機(jī)對(duì)于待跟蹤目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的準(zhǔn)確記錄成為了可能。

1.3 I/O跟蹤模塊

作為控制系統(tǒng)重要組成部分的I/O跟蹤模塊同時(shí)具備調(diào)節(jié)數(shù)字信號(hào)輸入與輸出行為的能力，可以在核心管控電路元件的作用下，確定已記錄機(jī)器人移動(dòng)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的實(shí)時(shí)所處位置[10]。從功能性角度來(lái)看，I/O跟蹤模塊的運(yùn)行規(guī)則相對(duì)較為簡(jiǎn)單，能夠在核心Cortex-M3處理器結(jié)構(gòu)的作用下，調(diào)節(jié)兩個(gè)變電裝置之間的負(fù)載連接關(guān)系，一方面促使M1主板與M2主板之間建立更加穩(wěn)定的信號(hào)傳輸關(guān)系，另一方面也可以增強(qiáng)P感應(yīng)元件對(duì)于機(jī)器人目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的判別敏感性，從而最大化激發(fā)電信號(hào)隔離器的電量屏蔽能力，使得控制主機(jī)能夠?qū)θ蜉啓C(jī)器人在移動(dòng)過(guò)程中所捕獲到的目標(biāo)對(duì)象進(jìn)行準(zhǔn)確跟蹤。圖4反映了I/O跟蹤模塊主板的實(shí)際連接情況[11]。

圖4 I/O跟蹤模塊的主板示意圖

對(duì)于I/O跟蹤模塊而言，兩個(gè)變電裝置對(duì)于電量信號(hào)的感知能力并不相同[12]。一般來(lái)說(shuō)，變電裝置1的物理內(nèi)阻水平相對(duì)較低，在下級(jí)負(fù)載NI芯片的作用下，變電裝置外部的施加電壓能夠長(zhǎng)期保持相對(duì)穩(wěn)定的數(shù)值狀態(tài)；而變電裝置2的物理內(nèi)阻水平相對(duì)較高，隨著M1主板、M2主板之間信號(hào)傳輸強(qiáng)度的增大，變電裝置外部的施加電壓也會(huì)呈現(xiàn)出不斷升高的變化狀態(tài)，此時(shí)已記錄目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)信息會(huì)由變電裝置2向著變電裝置1快速傳輸。

1.4 控制器元件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)控制器元件包含轉(zhuǎn)向控制結(jié)構(gòu)、速度控制結(jié)構(gòu)兩部分，其具體結(jié)構(gòu)形式及連接作用能力如下。

1)轉(zhuǎn)向控制器。

對(duì)于全向輪移動(dòng)機(jī)器人目標(biāo)跟蹤控制系統(tǒng)而言，轉(zhuǎn)向控制器負(fù)責(zé)管控全向輪機(jī)器人的實(shí)時(shí)移動(dòng)能力，其主要連接作用行為包含如下兩條執(zhí)行途徑。

目標(biāo)節(jié)點(diǎn)數(shù)量較多時(shí)：在全向輪機(jī)器人快速移動(dòng)的過(guò)程中，轉(zhuǎn)向控制器元件會(huì)逐一記錄并登記目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的編碼形式，并可以聯(lián)合系統(tǒng)控制主機(jī)對(duì)于節(jié)點(diǎn)跟蹤指令的部署行為，判斷全向輪機(jī)器人當(dāng)前所處行為位置[13]。

目標(biāo)節(jié)點(diǎn)數(shù)量較少時(shí)：為促進(jìn)全向輪機(jī)器人的移動(dòng)行進(jìn)能力，轉(zhuǎn)向控制器必須時(shí)刻記錄已通過(guò)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的編碼信息，并借助傳輸信道將這些數(shù)據(jù)信息參量反饋回系統(tǒng)控制主機(jī)之中。

為保障機(jī)器人目標(biāo)跟蹤控制系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行能力，轉(zhuǎn)向控制器結(jié)構(gòu)必須負(fù)載于I/O跟蹤模塊下級(jí)，并對(duì)其輸出的執(zhí)行指令信號(hào)進(jìn)行按需處理。

2)速度控制器。

速度控制器負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)全向機(jī)器人的實(shí)時(shí)移動(dòng)速度，以SK200E～SK200A作為核心協(xié)調(diào)元件。在機(jī)器人目標(biāo)跟蹤控制系統(tǒng)中，SK200E～SK200A元件始終存在于速度控制器結(jié)構(gòu)內(nèi)部，能夠借助外界負(fù)載接口接收與全向機(jī)器人跟蹤目標(biāo)節(jié)點(diǎn)相關(guān)的數(shù)據(jù)信息，并可以在I/O跟蹤模塊的作用下，對(duì)元件輸出的運(yùn)行指令進(jìn)行調(diào)試[14-15]。

為使全向機(jī)器人移動(dòng)速度始終保持相對(duì)穩(wěn)定的數(shù)值狀態(tài)，所有模塊負(fù)載接口必須呈現(xiàn)完全平行的連接狀態(tài)，一方面能夠避免目標(biāo)節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)傳輸不平衡現(xiàn)象的出現(xiàn)，另一方面也可以實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)跟蹤指令執(zhí)行時(shí)間的最大化節(jié)約。

2 基于關(guān)聯(lián)規(guī)則挖掘的機(jī)器人目標(biāo)跟蹤控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

關(guān)聯(lián)規(guī)則挖掘算法決定了全向輪移動(dòng)機(jī)器人目標(biāo)跟蹤控制系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用能力，本章節(jié)將在頻繁項(xiàng)集合定義條件、關(guān)聯(lián)離散度指標(biāo)等多項(xiàng)物理要素的支持下，針對(duì)關(guān)聯(lián)規(guī)則的挖掘執(zhí)行強(qiáng)度展開研究。

2.1 頻繁項(xiàng)集合定義

頻繁項(xiàng)集合決定了關(guān)聯(lián)規(guī)則對(duì)于數(shù)據(jù)信息參量的挖掘深度，在全向輪移動(dòng)機(jī)器人目標(biāo)跟蹤控制系統(tǒng)中，由于目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的分布方式并不唯一，所以頻繁項(xiàng)集合必須同時(shí)包含大量的數(shù)據(jù)信息參量[16-17]。

(1)

(2)

對(duì)于跟蹤控制系統(tǒng)而言，任何一個(gè)全向輪移動(dòng)機(jī)器人目標(biāo)對(duì)象的選取，都必須滿足頻繁項(xiàng)集合定義條件。

2.2 關(guān)聯(lián)規(guī)則描述

在已知頻繁項(xiàng)集合條件的前提下，按照關(guān)聯(lián)規(guī)則對(duì)所選取全向輪移動(dòng)機(jī)器人目標(biāo)對(duì)象進(jìn)行描述，是實(shí)現(xiàn)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)跟蹤并對(duì)其進(jìn)行按需控制的關(guān)鍵執(zhí)行步驟。所謂關(guān)聯(lián)規(guī)則也叫關(guān)聯(lián)度規(guī)則或者關(guān)聯(lián)性規(guī)則，充分說(shuō)明了所選取目標(biāo)對(duì)象之間的映射影響關(guān)系，一般來(lái)說(shuō)，相鄰目標(biāo)對(duì)象之間的映射關(guān)系越明顯，就表示當(dāng)前所選目標(biāo)間的關(guān)聯(lián)性關(guān)系越穩(wěn)定，此時(shí)挖掘算法對(duì)于目標(biāo)對(duì)象的跟蹤與控制能力也就相對(duì)較強(qiáng)[18-19]。假設(shè)α1、α2是兩個(gè)相鄰的全向輪移動(dòng)機(jī)器人目標(biāo)對(duì)象，且其物理取值條件恒滿足公式(3)。

(3)

由于全向輪機(jī)器人在移動(dòng)過(guò)程中存在大量的目標(biāo)節(jié)點(diǎn)，所以在對(duì)其進(jìn)行關(guān)聯(lián)規(guī)則描述時(shí)，必須令所有目標(biāo)對(duì)象的取值都完全滿足頻繁項(xiàng)集合定義條件[20]。

(4)

為使系統(tǒng)主機(jī)能夠?qū)θ蜉喴苿?dòng)機(jī)器人目標(biāo)進(jìn)行精準(zhǔn)地跟蹤與控制，必須按照關(guān)聯(lián)規(guī)則對(duì)已錄取的目標(biāo)對(duì)象數(shù)據(jù)進(jìn)行細(xì)致編碼與篩查。

2.3 挖掘程序指令

挖掘程序指令是包含控制作用能力的運(yùn)行操作指令，可以對(duì)已記錄的全向輪移動(dòng)機(jī)器人目標(biāo)進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤，并可以根據(jù)關(guān)聯(lián)性規(guī)則對(duì)這些數(shù)據(jù)信息參量進(jìn)行按需排列處理，直至達(dá)到數(shù)據(jù)庫(kù)主機(jī)元件的即時(shí)存儲(chǔ)上限。在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，挖掘程序指令的制定由頭部目標(biāo)節(jié)點(diǎn)標(biāo)記、核心目標(biāo)節(jié)點(diǎn)標(biāo)記、尾部目標(biāo)節(jié)點(diǎn)標(biāo)記、跟蹤指令制定4個(gè)部分共同組成。

1)頭部目標(biāo)節(jié)點(diǎn)標(biāo)記：在于確定全向輪移動(dòng)機(jī)器人目標(biāo)的真實(shí)存在位置，能夠根據(jù)頻繁項(xiàng)集合中關(guān)聯(lián)規(guī)則條件的定義標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)目標(biāo)對(duì)象與CAN收發(fā)器之間的連接關(guān)系進(jìn)行掌控，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)控制系統(tǒng)已生成跟蹤指令的按需查詢[21]。

2)核心目標(biāo)節(jié)點(diǎn)標(biāo)記：在于對(duì)整個(gè)全向輪移動(dòng)機(jī)器人目標(biāo)進(jìn)行標(biāo)注，根據(jù)關(guān)聯(lián)規(guī)則挖掘強(qiáng)度的不同，核心目標(biāo)節(jié)點(diǎn)中所包含的數(shù)據(jù)信息參量也會(huì)有所不同，此時(shí)為使所有目標(biāo)節(jié)點(diǎn)都能得到準(zhǔn)確記錄，數(shù)據(jù)庫(kù)主機(jī)必須在完成節(jié)點(diǎn)記錄后，按照關(guān)聯(lián)度法則，對(duì)其進(jìn)行重新排列。

3)尾部目標(biāo)節(jié)點(diǎn)標(biāo)記：在于對(duì)全向輪移動(dòng)機(jī)器人目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的準(zhǔn)確性進(jìn)行核實(shí)。假設(shè)當(dāng)前情況下，數(shù)據(jù)庫(kù)主機(jī)能夠準(zhǔn)確記錄所有機(jī)器人目標(biāo)節(jié)點(diǎn)，則可認(rèn)定其尾部標(biāo)注系數(shù)小于關(guān)聯(lián)離散度指標(biāo)的最大取值結(jié)果；反之，若數(shù)據(jù)庫(kù)主機(jī)并不能準(zhǔn)確記錄所有機(jī)器人目標(biāo)節(jié)點(diǎn)，則可認(rèn)定其尾部標(biāo)注系數(shù)有一定幾率會(huì)大于關(guān)聯(lián)離散度指標(biāo)的最大取值結(jié)果[22]。

4)跟蹤指令制定：在于判別應(yīng)用控制指令的實(shí)用性約束能力，在關(guān)聯(lián)規(guī)則挖掘算法的界定范圍內(nèi)，只有已制定的跟蹤指令能夠完全符合全向輪移動(dòng)機(jī)器人目標(biāo)的分布形式，系統(tǒng)控制主機(jī)才能精準(zhǔn)在各類目標(biāo)節(jié)點(diǎn)中進(jìn)行數(shù)據(jù)取樣。

2.4 關(guān)聯(lián)離散度

關(guān)聯(lián)離散度計(jì)算是確定關(guān)聯(lián)規(guī)則挖掘強(qiáng)度的關(guān)鍵執(zhí)行步驟，可以聯(lián)合多個(gè)不同的機(jī)器人目標(biāo)節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)，制定更為完整的跟蹤實(shí)施方案，不但能夠確定挖掘程序指令與待定目標(biāo)節(jié)點(diǎn)之間的對(duì)應(yīng)性關(guān)系，也可以實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)主機(jī)存儲(chǔ)能力的按需擴(kuò)充，從而避免了目標(biāo)數(shù)據(jù)過(guò)量存儲(chǔ)行為的出現(xiàn)[23]。

規(guī)定μ1、μ2、…、μm表示m個(gè)不同的全向輪移動(dòng)機(jī)器人目標(biāo)節(jié)點(diǎn)定標(biāo)向量，m表示目標(biāo)節(jié)點(diǎn)跟蹤記錄系數(shù)的最大取值結(jié)果，且在關(guān)聯(lián)規(guī)則挖掘算法的支持下，μ1<μ2<…<μm的物理定義條件恒成立，θ表示既定的目標(biāo)節(jié)點(diǎn)離散分布系數(shù)。在上述物理量的支持下，聯(lián)立公式(4)，可將關(guān)聯(lián)離散度指標(biāo)的計(jì)算表達(dá)式定義為：

(5)

在關(guān)聯(lián)規(guī)則挖掘算法的作用下，關(guān)聯(lián)離散度指標(biāo)的計(jì)算結(jié)果直接決定了系統(tǒng)控制主機(jī)對(duì)于全向輪移動(dòng)機(jī)器人目標(biāo)的實(shí)時(shí)跟蹤能力。至此，完成對(duì)各項(xiàng)指標(biāo)參量的計(jì)算與處理，聯(lián)合各級(jí)硬件設(shè)備結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)基于關(guān)聯(lián)規(guī)則挖掘的全向輪移動(dòng)機(jī)器人目標(biāo)跟蹤控制系統(tǒng)的順利應(yīng)用。

3 實(shí)例分析

為驗(yàn)證所設(shè)計(jì)基于關(guān)聯(lián)規(guī)則挖掘的全向輪移動(dòng)機(jī)器人目標(biāo)跟蹤控制系統(tǒng)的有效性，設(shè)計(jì)對(duì)比實(shí)驗(yàn)。分別在控制主機(jī)中應(yīng)用基于關(guān)聯(lián)規(guī)則挖掘的全向輪移動(dòng)機(jī)器人目標(biāo)跟蹤控制系統(tǒng)和基于ROS算法的控制系統(tǒng)，其中前者作為實(shí)驗(yàn)組、后者作為對(duì)照組。應(yīng)用控制系統(tǒng)隨控制系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用能力可以用所捕獲目標(biāo)的準(zhǔn)確性來(lái)全向輪移動(dòng)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)進(jìn)行跟蹤控制，在全向輪機(jī)器人的移動(dòng)過(guò)程中，若控制系統(tǒng)所捕獲目標(biāo)對(duì)象能夠完全包含理想目標(biāo)對(duì)象，則可認(rèn)為當(dāng)前系統(tǒng)對(duì)于目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的跟蹤控制能力相對(duì)較強(qiáng)；反之，若控制系統(tǒng)所捕獲目標(biāo)對(duì)象不能完全包含理想目標(biāo)對(duì)象或只能部分包含理想目標(biāo)對(duì)象，則可認(rèn)為當(dāng)前系統(tǒng)對(duì)于目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的跟蹤控制能力相對(duì)較弱。具體實(shí)驗(yàn)流程可以分為靜態(tài)目標(biāo)對(duì)象、動(dòng)態(tài)目標(biāo)對(duì)象兩個(gè)實(shí)施部分。全向輪機(jī)器人實(shí)驗(yàn)對(duì)象如圖5所示。

圖5 全向輪機(jī)器人實(shí)驗(yàn)對(duì)象

選取如圖5所示的全向輪移動(dòng)機(jī)器人作為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，借助傳輸導(dǎo)線將機(jī)器人實(shí)驗(yàn)對(duì)象與核心控制主機(jī)相連。

1)靜態(tài)目標(biāo)對(duì)象的跟蹤與控制。

在全向輪移動(dòng)機(jī)器人的移動(dòng)過(guò)程中，選取如圖6所示的靜態(tài)小球跟蹤目標(biāo)，分別應(yīng)用實(shí)驗(yàn)組、對(duì)照組控制系統(tǒng)，對(duì)所采集到的目標(biāo)小球圖像進(jìn)行分析。

圖6 靜態(tài)小球跟蹤目標(biāo)

圖7反映了在實(shí)驗(yàn)組、對(duì)照組控制系統(tǒng)的作用下，靜態(tài)目標(biāo)對(duì)象的跟蹤與控制效果對(duì)比情況。

圖7 靜態(tài)目標(biāo)對(duì)象的跟蹤與控制效果

分析圖7可知，實(shí)驗(yàn)組、對(duì)照組的目標(biāo)捕獲框始終保持等大狀態(tài)。對(duì)于實(shí)驗(yàn)組控制系統(tǒng)而言，由其捕獲的靜態(tài)目標(biāo)對(duì)象能夠?qū)⒗硐肽繕?biāo)完全囊括在內(nèi)，且理想目標(biāo)對(duì)象保持在實(shí)驗(yàn)組目標(biāo)對(duì)象中部。對(duì)于對(duì)照組控制系統(tǒng)而言，由其捕獲的靜態(tài)目標(biāo)對(duì)象只有一小部分覆蓋在所選取小球表面，且該部分與理想目標(biāo)之間的重合部分不足原目標(biāo)的四分之一，與實(shí)驗(yàn)組系統(tǒng)，該系統(tǒng)對(duì)于靜態(tài)目標(biāo)對(duì)象的跟蹤與控制能力相對(duì)較弱。

2)動(dòng)態(tài)目標(biāo)對(duì)象的跟蹤與控制。

在全向輪移動(dòng)機(jī)器人的移動(dòng)過(guò)程中，選取如圖8所示的動(dòng)態(tài)人物跟蹤目標(biāo)，分別應(yīng)用實(shí)驗(yàn)組、對(duì)照組控制系統(tǒng)，對(duì)所采集到的目標(biāo)人物圖像進(jìn)行分析。

圖8 動(dòng)態(tài)人物跟蹤目標(biāo)

圖9反映了在實(shí)驗(yàn)組、對(duì)照組控制系統(tǒng)的作用下，動(dòng)態(tài)目標(biāo)對(duì)象的跟蹤與控制效果對(duì)比情況。

分析圖9可知，在動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)情況下，實(shí)驗(yàn)組控制系統(tǒng)的目標(biāo)跟蹤準(zhǔn)確率平均值為95%，對(duì)照組控制系統(tǒng)的目標(biāo)跟蹤準(zhǔn)確率平均值為81%。與實(shí)驗(yàn)組系統(tǒng)相比，對(duì)照組系統(tǒng)對(duì)于動(dòng)態(tài)目標(biāo)對(duì)象的跟蹤與控制能力相對(duì)較弱。

綜合上述實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果可知，無(wú)論是靜態(tài)目標(biāo)對(duì)象還是動(dòng)態(tài)目標(biāo)對(duì)象，基于關(guān)聯(lián)規(guī)則挖掘的控制系統(tǒng)都能輔助全向輪機(jī)器人，使其在移動(dòng)過(guò)程中所捕獲到的目標(biāo)對(duì)象完全符合理想目標(biāo)設(shè)定條件，這對(duì)于核心主機(jī)元件來(lái)說(shuō)，確實(shí)可以對(duì)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)行為進(jìn)行準(zhǔn)確追蹤，更為符合實(shí)際應(yīng)用需求。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)了基于關(guān)聯(lián)規(guī)則挖掘的全向輪移動(dòng)機(jī)器人目標(biāo)跟蹤控制系統(tǒng)，在CAN框架、I/O跟蹤模塊、全向輪控制器等多個(gè)硬件應(yīng)用結(jié)構(gòu)的支持下，定義了頻繁項(xiàng)集合內(nèi)數(shù)據(jù)信息參量的具體個(gè)數(shù)值，又根據(jù)具體的挖掘程序指令，得到了準(zhǔn)確的關(guān)聯(lián)離散度計(jì)算結(jié)果。在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，新型控制系統(tǒng)能夠使全向輪機(jī)器人在移動(dòng)過(guò)程中所捕獲到的目標(biāo)對(duì)象完全貼合理想目標(biāo)設(shè)定條件，這在對(duì)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)行為進(jìn)行準(zhǔn)確追蹤方面，具有較強(qiáng)的實(shí)用性價(jià)值。