基于嗅覺信息的機器人味源定位策略及實驗研究.pdf_第1頁
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文檔簡介

1、隨著各國對國家安全、社會治安等公共事業(yè)的高度重視,研究能在有毒、易燃易爆等危險環(huán)境中代替人類工作的危險作業(yè)機器人系統(tǒng)具有重要的理論和實際意義。目前,如何實現(xiàn)移動機器人對可疑目標的準確判斷,迅速確定毒氣泄漏源或可疑目標的具體位置,是應用移動機器人執(zhí)行危險作業(yè)亟待解決的關鍵問題。 本論文在國家863計劃項目“極限環(huán)境下面向危險品檢測的多感官機器人系統(tǒng)”(項目編號:2006AA04Z221)的支持下,利用所研制的多感官擬人機器人頭部系

2、統(tǒng),與移動機器人本體相結合,針對搜尋有毒氣體泄漏源的應用,對機器人味源定位策略進行了深入研究。為應用移動機器人完成各種與氣味相關的危險工作奠定了基礎。 本文的創(chuàng)新性工作包括: 1、研制了一套具有視覺、嗅覺及聽覺功能的多感官擬人機器人頭部系統(tǒng)。在分析人的頭部運動形式的基礎上,綜合考慮機器人頭部的幾何尺寸、運動學及動力學等因素,設計了4自由度擬人機器人頭部結構。該結構采用一種變形的萬向節(jié)式結構,通過串聯(lián)式關節(jié)的形式實現(xiàn)了頭部

3、的三種運動,兩級自由度完成的屈伸運動范圍可達o 30±,旋轉運動范圍為o 90±,側屈運動范圍為o 20±?;贑AN總線設計了分布式控制系統(tǒng),該系統(tǒng)具有結構簡單、實時性好、可靠性高的優(yōu)點。 2、基于仿生學原理,提出并設計了一種新的機器人仿生嗅覺系統(tǒng),具有類似人的鼻腔結構及相當于人肺功能的吸氣系統(tǒng),能夠同時檢測CO、SO2、H2S、O2 及一種可揮發(fā)性有機化合物氣體。采用電化學和光離子氣體傳感器,恢復時間快,選擇性強,可大大提高

4、機器人嗅覺能力,并且根據(jù)目標氣體可方便的更換相應氣體傳感器。系統(tǒng)采用C8051F020 單片機實現(xiàn),通過串口與機器人主控機通訊。該系統(tǒng)結構緊湊,性能不受安裝位置影響,可作為機器人標準化組件組裝到各種類型的機器人上,以幫助其完成與嗅覺有關的工作。 3、受動物捕食策略的啟發(fā),提出了一種基于動物捕食行為的機器人味源定位策略,融合了氣體傳感器、風向傳感器、超聲傳感器等傳感器信息,整合了“Z”形搜索、逆風搜索,模糊神經(jīng)網(wǎng)絡搜索等多種較優(yōu)的

5、搜索算法。采用了基于行為的包容式控制結構,設計了針對各種搜索算法的行為模塊,使機器人在搜尋味源過程中自適應地選擇較優(yōu)的搜索策略。實驗結果表明,該策略具有較強的魯棒性,能夠適應室內自然環(huán)境下的味源定位需要。 4、借鑒人類綜合利用除嗅覺以外的其它感官功能進行味源定位的方法,提出了一種融合嗅覺、視覺信息的機器人味源定位策略,建立了基于氣味信息、顏色信息和距離信息融合的味源模型庫,幫助機器人進行味源的搜尋和確認。針對該策略,設計了基于多

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