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《天津大学》 2010年
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室外时变气流环境下机器人气味源定位

李吉功  
【摘要】:在生物界中,气味或信息素被广泛用来寻找配偶、搜寻食物、进行交流、躲避天敌等。受生物嗅觉的启发,从二十世纪九十年代开始,一些学者就开始研究使用配置有气体传感器的移动机器人“主动”地进行气味源位置的确定,即所谓的机器人气味源定位,或主动嗅觉。 气味源定位研究涉及流体动力学、传感与信息处理﹑仿生学﹑计算智能和移动机器人的导航与控制等多个研究领域,在反恐排爆、有毒/有害气体泄露检测、违禁物品(如海洛因)探测、灾后倒塌的建筑物搜救、水域搜救、深海喷发式矿产资源勘察等方面均有着潜在的应用前景。 本文针对室外时变气流环境,采用单个移动机器人进行了气味源定位的研究。重点开展了如下工作: 第一、考虑到常用的金属氧化物半导体气体传感器存在的较长响应和恢复时间问题,提出了自适应浓度阈值的气味浓度二值化算法。该算法可及时反映与气味的接触和不接触,从而使机器人在气味源定位过程中做出快速且正确的判断气味的到达与离开。 第二、提出了气味包路径估计方法。其中,气味包路径定义为某气味包在到达机器人之前经过的路线。估计的气味包路径可用于指导机器人进行气味源的搜寻和最终的气味源确认。实验结果表明,估计的气味包路径以高概率包含气味源。 第三、针对室外环境中风向变化较快的问题,提出了一套具有较强目的性的气味源搜寻方法,其中包括流向随动Z字形烟羽发现、基于气味包路径估计的烟羽跟踪和仿生的烟羽再发现算法。实验研究表明,提出的气味源搜寻方法可使机器人快速发现并高效跟踪烟羽,且可靠地趋近气味源。 第四、提出了一套气味源确认方案,其中包括基于粒子滤波的气味源位置估计算法和基于统计方法的气味源识别规则。实验结果表明,本文所提出的气味源位置估计算法具有较强的鲁棒性,能可靠、准确地估计出气味源的位置;基于统计方法的气味源识别规则具有较高成功率,可有效进行气味源的识别以最终确认气味源。
【学位授予单位】:天津大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:TP242

【引证文献】
中国硕士学位论文全文数据库 前3条
1 李慧霞;室外近地面流场特性分析及烟羽重现[D];天津大学;2012年
2 李腾;模拟退火算法在机器人主动嗅觉中的应用[D];天津大学;2012年
3 闫慈;基于强化学习的多机器人气味源搜索[D];天津大学;2012年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前8条
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中国博士学位论文全文数据库 前1条
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中国硕士学位论文全文数据库 前4条
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【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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中国重要会议论文全文数据库 前10条
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中国博士学位论文全文数据库 前10条
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3 王玉全;基于全景视觉的移动机器人同时定位与地图创建方法研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
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中国硕士学位论文全文数据库 前10条
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9 朱江波;基于Multigen Vega的某舰快速性运动仿真演示研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
10 张宝岭;AMTEC多级毛细泵数值模拟研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
【同被引文献】
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9 高尚;模拟退火算法中的退火策略研究[J];航空计算技术;2002年04期
10 匡兴红;邵惠鹤;;无线传感器网络在气体源预估定位中的应用[J];华东理工大学学报(自然科学版);2006年07期
中国博士学位论文全文数据库 前4条
1 蒋萍;融合机器人视/嗅觉信息的气体泄漏源定位[D];天津大学;2010年
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3 仲宇;分布式强化学习理论及在多机器人中的应用研究[D];哈尔滨工程大学;2003年
4 李飞;湍动气流主控环境下多机器人气味源定位[D];天津大学;2009年
中国硕士学位论文全文数据库 前7条
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3 李小勇;物体表面重建方法的研究与实现[D];中南大学;2008年
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【二级参考文献】
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中国硕士学位论文全文数据库 前2条
1 梁亮;机器人嗅觉和味源定位的研究[D];中国科学院研究生院(电子学研究所);2005年
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【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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2 关胜晓;许心德;曹洋;张彦;;移动机器人避开运动障碍物的策略[A];'2010系统仿真技术及其应用学术会议论文集[C];2010年
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3 李飞;湍动气流主控环境下多机器人气味源定位[D];天津大学;2009年
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5 李正义;机器人与环境间力/位置控制技术研究与应用[D];华中科技大学;2011年
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7 张军鹏;脑电磁源定位算法研究及其在初级听觉皮层定位中的应用[D];电子科技大学;2011年
8 邹凌;基于非线性优化及独立分量分析的脑电源定位研究[D];浙江大学;2005年
9 陈建峰;空间信号检测与参数估计的阵列处理方法研究[D];西安电子科技大学;2004年
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中国硕士学位论文全文数据库 前10条
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3 王培勋;基于子地图连接的机器人同时定位与地图构建研究[D];中国海洋大学;2010年
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5 任志全;3R欠驱动机器人位置控制方法与实验研究[D];北京工业大学;2010年
6 卢正宇;六自由度机器人控制算法与实验样机研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
7 冯晓霞;自走式农用机器人GPS/电子地图导航技术研究[D];南京农业大学;2008年
8 黄莹;室外移动机器人导航信息压缩算法研究[D];东北电力大学;2011年
9 李永强;基于信息滤波器的同步定位与地图创建技术的研究[D];哈尔滨工业大学;2007年
10 童林;基于粒子滤波器的移动机器人同步定位与地图构建研究[D];合肥工业大学;2009年
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