基于嗅覺信息的機器人味源定位策略及實驗研究.pdf

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(biāo)的準(zhǔn)確判斷，迅速確定毒氣泄漏源或可疑目標(biāo)的具體位置，是應(yīng)用移動機器人執(zhí)行危險作業(yè)亟待解決的關(guān)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(jié)合，針對搜尋有毒氣體泄漏源的應(yīng)用，對機器人味源定位策略進行了深入研究。為應(yīng)用移動機器人完成各種與氣味相關(guān)的危險工作奠定了基礎(chǔ)。 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(chǔ)上，綜合考慮機器人頭部的幾何尺寸、運動學(xué)及動力學(xué)等因素，設(shè)計了4自由度擬人機器人頭部結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)采用一種變形的萬向節(jié)式結(jié)構(gòu)，通過串聯(lián)式關(guān)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(zhuǎn)運動范圍為o 90±，側(cè)屈運動范圍為o 20±?；贑AN總線設(shè)計了分布式控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單、實時性好、可靠性高的優(yōu)點。 2、基于仿生學(xué)原理，提出并設(shè)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(jié)構(gòu)及相當(dāng)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(xué)和光離子氣體傳感器，恢復(fù)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(biāo)氣體可方便的更換相應(yīng)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(jié)構(gòu)緊湊，性能不受安裝位置影響，可作為機器人標(biāo)準(zhǔn)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(guān)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(fēng)向傳感器、超聲傳感器等傳感器信息，整合了“Z”形搜索、逆風(fēng)搜索，模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)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(jié)構(gòu)，設(shè)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(yīng)地選擇較優(yōu)的搜索策略。實驗結(jié)果表明，該策略具有較強的魯棒性，能夠適應(yīng)室內(nèi)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(rèn)。針對該策略，設(shè)計了基于多