多機(jī)器人氣味源搜索算法及其實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、自二十世紀(jì)九十年代至今，關(guān)于機(jī)器人氣味源搜索技術(shù)的研究不斷深入。研究模仿生物的嗅覺(jué)行為，利用機(jī)器人主動(dòng)嗅覺(jué)技術(shù)對(duì)解決搜尋爆炸物、災(zāi)后搜救遇難者、檢測(cè)有毒氣體、火災(zāi)報(bào)警等在工業(yè)生產(chǎn)、軍事技術(shù)、環(huán)境監(jiān)測(cè)、防災(zāi)監(jiān)控等領(lǐng)域內(nèi)的問(wèn)題具有重要的理論價(jià)值和實(shí)際應(yīng)用意義。本文對(duì)多機(jī)器人氣味源搜索問(wèn)題開展了深入的研究，主要研究?jī)?nèi)容和創(chuàng)新點(diǎn)如下：
　　1.在分析國(guó)內(nèi)外機(jī)器人氣味源搜索研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，針對(duì)單氣味源搜索問(wèn)題，提出了一種機(jī)器人感知能力和計(jì)

2、算能力有限的多機(jī)器人氣味源搜索算法。該算法根據(jù)環(huán)境中氣味粒子的采樣，構(gòu)建出近似的氣味源分布概率，并以此計(jì)算自由能的變化作為機(jī)器人移動(dòng)的決策函數(shù)。仿真結(jié)果驗(yàn)證了該算法的有效性和魯棒性。
　　2.針對(duì)多氣味源搜索問(wèn)題，提出了一種基于權(quán)重參數(shù)的多機(jī)器人搜索算法。仿真結(jié)果證明了該算法的有效性；發(fā)現(xiàn)該算法的搜索性能和機(jī)器人距氣味源的距離之間呈非線性關(guān)系，在機(jī)器人距離氣味源較近時(shí)性能更好。在此基礎(chǔ)上討論了算法的探索與利用平衡問(wèn)題，通過(guò)對(duì)決策函

3、數(shù)以及仿真結(jié)果的分析可知，算法自身即具備平衡探索與利用的能力。
　　3.針對(duì)機(jī)器人在較小空間中搜索的問(wèn)題，提出了一種改進(jìn)的多機(jī)器人搜索算法。該算法在機(jī)器人決策環(huán)節(jié)加入了基于“鄰位坐標(biāo)”和“勢(shì)力矩陣”的沖突消解機(jī)制。仿真結(jié)果驗(yàn)證了算法的有效性。雖然引入沖突消解機(jī)制導(dǎo)致了平均搜索時(shí)間的輕微增加，但該方面的損失保證了機(jī)器人的安全。
　　4.分析了用熱源替代氣味源進(jìn)行搜索實(shí)驗(yàn)的可行性。根據(jù)湍流環(huán)境以及弱感知搜索算法的特點(diǎn)，結(jié)合實(shí)驗(yàn)室

4、條件和氣味傳感器研究現(xiàn)狀，設(shè)計(jì)了一套多弱感知機(jī)器人實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。該平臺(tái)由微型輪式熱感移動(dòng)機(jī)器人、主控PC以及通訊系統(tǒng)組成。其中，微型輪式熱感移動(dòng)機(jī)器人以KheperaIII型機(jī)器人為基礎(chǔ)，加載了自行設(shè)計(jì)的溫度感知系統(tǒng)。采用1類K型熱電偶作為溫度傳感器，由熱電偶采集的信號(hào)經(jīng)放大濾波，輸出到機(jī)器人擴(kuò)展卡的12個(gè)模擬I/O端口。
　　5.在室內(nèi)變風(fēng)向環(huán)境下，利用自行設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，對(duì)多弱感知機(jī)器人單氣味源搜索算法進(jìn)行了物理模擬實(shí)驗(yàn)研究。從成