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《华中科技大学》 2010年
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基于传感器管理的移动机器人融合算法研究

杨锦园  
【摘要】:由于多机器人系统具备单机器人系统无法比拟的优势,如强鲁棒性、自适应性和高效率。因而,多机器人系统是当前机器人技术领域的一个研究热点,将管理学、社会学、生物学和分布式人工智能学等领域的方法和理论引入机器人学的研究中,从系统的角度探讨多机器人系统的合作行为、组织形式、信息交互和进化机制等问题。本文以多机器人系统为研究背景,结合传感器管理技术,对多机器人系统中信息的融合,多机器人协调中的任务分配与规划等问题进行了深入研究,提供了有效地解决方案,主要工作和贡献如下: 本文首先综述了多源信息融合、传感器管理以及多机器人协调控制的研究现状,分析比较了当前该领域的主要研究问题、主要研究方法和关键技术,总结了各自的特点和发展趋势,其中,对外部环境感知和多源信息融合是移动机器人协调控制的基本能力。为此本文介绍了研究中所涉及的基础理论和实验中使用的机器人本体上用于感知外部信息的各种传感器。 接着对融合算法进行了两点改进。一方面,DSmT融合算法的效果依赖于广义基本信度分配,即gbba。而广义基本信度分配值的获取都是由专家根据自身的经验提出的,具有很大的主观性。而粗糙集理论仅仅需要传感器的测量数据,而无需其它主观信息,即可归纳出数据间的内在联系。将粗糙集理论与DSmT理论结合起来,根据粗糙集的数据归纳特性,得到gbba的客观获取算法,为下一步推理,即融合过程提供客观依据。另一方面,与DST理论相比,DSmT理论能够很好地解决证据冲突时信息融合的问题,却带来了“焦元爆炸”,致使推理过程的计算量大大增加。同时考虑到DST理论良好的数学基础和冲突情况下的融合效果,本文提出DST-DSmT智能融合算法,力图结合两种理论的优点。在DST融合算法和DSmT融合算法相互转换的过程中,给出了对矛盾焦元的处理方法。该方法充分利用包含冲突的原始信息,目的在于充分反映冲突焦元所提供的信息,以期降低对最终融合结果的影响。 为了充分发挥融合系统的功能及性能,需要在环境条件容许的情况下,对有限的传感器资源进行科学合理的分配。首先考虑了传感器在机器人本体上的分布特点,针对不同的信息源在融合过程中的可靠程度以及其对融合结果的影响大小是不同的,提出信息源支持度(MES)概念,充分考虑了焦元之间的相关程度来确定多源系统的信息源的重心,避免了仅仅依据焦元信度分配的数值平均来进行决策的局限性。计算系统中每个信息源与系统信息源重心之间的关系,去除了与当前时刻无关或影响不大的传感器,大大减少了参与融合的传感器数量,从而降低系统计算复杂程度。在此基础上,针对多源信息融合系统中存在大量不确定信息的特点,结合线性规划方法,建立了目标函数、约束条件和优化准则,运用规划论的优化方法得到系统中传感器的管理决策,同时也提高了获得正确融合结果的可能。 在上述研究的基础上,对多机器人系统提出动态分区的协作探索策略。设计运动协调混合式的体系结构,给出了行为管理、行为模块和行为决策的功能设计,并设计了4种常用的行为模块。设计了任务协调混合分层的体系结构,并给出了多机器人系统任务协调工作流程。每个机器人根据运动协调机制自主运动,同时任务协调机制也实现了机器人的自主任务分配。在机器人已经完成任务或者不能完成任务时,机器人之间能够根据不确定度变化量的大小自主协商,将任务分配给能最大程度提高效率的的机器人,有效地避免了过多的机器人集中于相同的子任务导致冲突加剧的问题。 最后通过在Pioneer2-DXe机器人平台上的仿真获得的实验结果和数据,验证了算法的鲁棒性和可靠性。
【学位授予单位】:华中科技大学
【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1条
1 沙丽娟;基于离散事件系统的多机器人搜索策略研究[D];齐齐哈尔大学;2012年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 田康生,朱光喜;目标跟踪中的传感器管理[J];传感器技术;2003年03期
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中国博士学位论文全文数据库 前4条
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3 李新德;多源不完善信息融合方法及其应用研究[D];华中科技大学;2007年
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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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5 孔鹏程;周健;;基于D-S证据理论的改进算法的研究[A];2011中国仪器仪表与测控技术大会论文集[C];2011年
6 李燕苹;谢维信;杨烜;;复杂背景下基于多传感器图像融合的小目标检测[A];第十三届全国信号处理学术年会(CCSP-2007)论文集[C];2007年
7 夏俊士;杜培军;张伟;;遥感影像多分类器集成系统的设计与实现[A];中国测绘学会2010年学术年会论文集[C];2010年
8 李雪红;叶燕华;;水工混凝土结构裂缝主要成因挖掘的粗集方法[A];第五届混凝土结构耐久性科技论坛论文集[C];2006年
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中国博士学位论文全文数据库 前10条
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2 张子迎;多机器人协作及环境建模技术研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
3 刘效武;基于多源融合的网络安全态势量化感知与评估[D];哈尔滨工程大学;2009年
4 冯光升;面向认知网络的自适应QoS感知与配置方法[D];哈尔滨工程大学;2009年
5 于翔;基于网格的数据流聚类方法研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
6 姜延吉;多传感器数据融合关键技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
7 汪澎;驾驶人警觉状态检测技术研究[D];江苏大学;2010年
8 任家福;服务商选择与备件备品库存管理研究[D];电子科技大学;2010年
9 张目;高技术企业信用风险影响因素及评价方法研究[D];电子科技大学;2010年
10 李建军;广东湛江红树林生态系统空间结构优化研究[D];中南林业科技大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 雷聪聪;一种基于数据聚类的信息粒化方法[D];郑州大学;2010年
2 张晓冬;基于全矢谱的智能诊断技术研究[D];郑州大学;2010年
3 裴银肖;贝叶斯博弈信息融合模型及算法的研究和应用[D];郑州大学;2010年
4 王晓换;基于粗糙集和神经网络的故障诊断虚拟系统的研究[D];郑州大学;2010年
5 姜明;VTS数据交换与数据融合的研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
6 冯为军;基于粗糙集理论的数据挖掘算法的研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
7 王秀锋;网络环境下异构日志信息获取和预处理研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
8 王月;基于群集智能的多水下机器人协调研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
9 杨慧;多传感器信息融合技术的研究与应用[D];哈尔滨工程大学;2010年
10 纪兴;基于行为的多机器人体系结构研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
【同被引文献】
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1条
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中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 陈文宇;形式语言与自动机理论若干问题研究[D];电子科技大学;2009年
中国硕士学位论文全文数据库 前3条
1 李江抒;多移动机器人路径规划算法与导航系统研究[D];吉林大学;2004年
2 许彦营;多水下机器人通信及协调方法研究[D];哈尔滨工程大学;2006年
3 阎朝;一种基于扩频技术的多机器人通信平台的研究[D];北京邮电大学;2010年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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中国博士学位论文全文数据库 前2条
1 刘先省;传感器管理方法研究[D];西北工业大学;2000年
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【相似文献】
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2 赵志国,刘先省;一种用于检测与跟踪的传感器管理算法[J];河南大学学报(自然科学版);2001年02期
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2 陈余庆;胡英;马孜;;基于贝叶斯理论的移动机器人相对定位[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
3 赵晖;王天然;刘德林;;分布式数据库在移动机器人中的应用[A];第十届全国数据库学术会议论文集[C];1992年
4 李俊泉;尹怡欣;;基于心理动力机制的移动机器人[A];2005年中国智能自动化会议论文集[C];2005年
5 周火凤;马保离;;离轴式拖车移动机器人的路径跟踪控制[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
6 周光明;陈宗海;胡玉锁;陈春林;;复杂未知环境下移动机器人自主探测算法研究[A];'2003系统仿真技术及其应用学术交流会论文集[C];2003年
7 鲁守银;马培荪;姜葵峰;;基于机器人的锅炉鳍片管道自动检测技术[A];首届信息获取与处理学术会议论文集[C];2003年
8 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
9 马钊;马保离;;参数不确定拖车移动机器人的直线路径跟踪[A];中国自动化学会控制理论专业委员会C卷[C];2011年
10 王鸿鹏;刘景泰;;基于非线性Kalman滤波器的轮式滑动转向移动机器人定位误差分析[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 本报记者 徐晓敬;路上走海底行插上翅膀飞长空[N];辽宁日报;2010年
2 本报记者 张舵吴思;机器人:给企业多少遐想[N];经济参考报;2007年
3 本报记者 何腾江 实习生 陈施雅;机器人技术如何与地方产业有机结合[N];中山日报;2008年
4 记者 杨文利;中国首次举办大规模机器人技术研讨会[N];中国高新技术产业导报;2009年
5 见习记者 王音 记者 张雯婧;青少年机器人竞赛活动研究培训中心在津落户[N];天津日报;2011年
6 本报首席记者 姜澎;给机器人做规矩,要赶紧了?[N];文汇报;2011年
7 本报记者 李响;机器人的“儿童期”[N];计算机世界;2011年
8 张红 黄京一;“做我们自己的机器人”[N];人民日报海外版;2010年
9 本报记者 程宇婕;我国将建全球最大基地[N];中国能源报;2010年
10 深圳商报记者 吴素红;美女机器人“秀外慧中”[N];深圳商报;2010年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 杨锦园;基于传感器管理的移动机器人融合算法研究[D];华中科技大学;2010年
2 杨放琼;基于信息融合的移动机器人定位导航及其深海采矿应用研究[D];中南大学;2010年
3 李鹏;不完善信息融合技术及其在移动机器人中的应用[D];华中科技大学;2010年
4 顾嘉俊;移动机器人在非平坦地形上的自主导航研究[D];上海交通大学;2010年
5 林吉良;移动机器人故障诊断与容错控制的研究[D];浙江大学;2009年
6 张亮;移动机器人同步定位与地图重建算法研究[D];浙江大学;2009年
7 刘先省;传感器管理方法研究[D];西北工业大学;2000年
8 赵立军;室内服务机器人移动定位技术研究[D];哈尔滨工业大学;2009年
9 余伶俐;基于群智能的移动机器人任务规划与故障诊断研究[D];中南大学;2010年
10 路光达;基于仿生行为的移动机器人主动嗅觉技术研究[D];河北工业大学;2011年
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1 王友胜;FastSLAM2.0控制算法与PGR导航法则结合应用的可行性研究[D];大连交通大学;2010年
2 陈西博;家庭环境智能空间中服务机器人导航技术研究[D];山东大学;2010年
3 宋威;基于信息素的群体移动机器人控制系统研究[D];武汉理工大学;2010年
4 朱俊;移动机器人路径规划及其控制策略的研究[D];西南大学;2010年
5 矫德余;基于嵌入式系统的智能巡检机器人研制[D];中国石油大学;2010年
6 虞杨阳;基于模糊PID控制技术的移动机器人研究[D];中北大学;2011年
7 杨延祥;移动机器人运动规划及跟踪控制研究[D];燕山大学;2011年
8 赵贺;基于机器人视觉图像的路径规划算法研究[D];合肥工业大学;2010年
9 王娟娟;移动机器人路径规划方法研究[D];山东理工大学;2010年
10 王翠芝;多传感器融合技术在移动机器人中的应用[D];北方工业大学;2010年
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