機(jī)器人嗅覺和味源定位的研究.pdf

1、從20世紀(jì)90年代初開始，機(jī)器人嗅覺的研究得到了人們?cè)絹碓蕉嗟年P(guān)注。味源定位的研究是機(jī)器人嗅覺研究的一個(gè)重要課題，國外很多研究人員在不斷的進(jìn)行探索，而國內(nèi)在目前未見類似研究。 本文介紹了機(jī)器人嗅覺系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)，研究了紅外氣體檢測(cè)的信號(hào)處理處理方法，提出了一種新的味源定位算法并進(jìn)行了仿真和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。 嗅覺傳感器是這項(xiàng)研究的關(guān)鍵。傳統(tǒng)的金屬氧化物氣體傳感器的靈敏度高、測(cè)量電路簡(jiǎn)單，但是響應(yīng)/恢復(fù)時(shí)間長；紅外氣體傳感器的響

2、應(yīng)/恢復(fù)快，但是測(cè)量系統(tǒng)復(fù)雜。本文提出將紅外氣體傳感器和金屬氧化物氣體傳感器結(jié)合作為嗅覺傳感器，提高了氣體測(cè)量的實(shí)時(shí)性。紅外氣體傳感器采用開放式氣室，選用高信噪比的探測(cè)器和電調(diào)制的MEMS紅外光源。設(shè)計(jì)了基于模擬濾波器和基于數(shù)字鎖相放大技術(shù)的兩種紅外氣體傳感器的信號(hào)處理方法。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明系統(tǒng)具有較高的靈敏度和信噪比。 設(shè)計(jì)了以TI公司32位定點(diǎn)DSP處理器TMS320F2812為核心的系統(tǒng)硬件。DSP的高速處理能力，使得硬件系統(tǒng)

3、能夠?qū)崟r(shí)完成采集、處理和控制任務(wù)。硬件系統(tǒng)分為三個(gè)單元：DSP處理單元，執(zhí)行各種計(jì)算任務(wù)；模擬信號(hào)處理單元，完成Figaro氣體傳感器的信號(hào)調(diào)理和加熱電壓控制，紅外探測(cè)器信號(hào)調(diào)理，紅外光源功率驅(qū)動(dòng)，AD采樣和DA輸出等功能；電機(jī)控制和驅(qū)動(dòng)單元，完成小車電機(jī)的功率驅(qū)動(dòng)和控制。 設(shè)計(jì)了基于嵌入式操作系統(tǒng)μCOS-Ⅱ的DSP系統(tǒng)軟件，滿足實(shí)時(shí)功能要求。根據(jù)功能需求劃分了任務(wù)并合理分配優(yōu)先級(jí)，從而傳感器數(shù)據(jù)的處理、味源定位算法的執(zhí)行和小

4、車的控制可以實(shí)時(shí)完成。采用了嵌入式操作系統(tǒng)，不僅提高了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性，而且軟件流程清晰、便于擴(kuò)展。 提出了一種新的味源定位算法——基于單純形的格形搜索算法，進(jìn)行了仿真和實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)。本算法以單純形搜索法為理論基礎(chǔ)，將味源定位問題看作函數(shù)尋優(yōu)問題。本算法結(jié)合了紅外氣體傳感器和Figaro金屬氧化物氣體傳感器的信息，充分利用了濃度梯度信息，并且降低了對(duì)控制精度的要求。采用簡(jiǎn)化的模型進(jìn)行了仿真，對(duì)比了瞬時(shí)濃度梯度法和基于單純形的格形搜索法，