多機器人氣味源搜索算法及其實驗研究.pdf

1、自二十世紀九十年代至今，關于機器人氣味源搜索技術的研究不斷深入。研究模仿生物的嗅覺行為，利用機器人主動嗅覺技術對解決搜尋爆炸物、災后搜救遇難者、檢測有毒氣體、火災報警等在工業(yè)生產、軍事技術、環(huán)境監(jiān)測、防災監(jiān)控等領域內的問題具有重要的理論價值和實際應用意義。本文對多機器人氣味源搜索問題開展了深入的研究，主要研究內容和創(chuàng)新點如下：
　　1.在分析國內外機器人氣味源搜索研究現(xiàn)狀的基礎上，針對單氣味源搜索問題，提出了一種機器人感知能力和計

2、算能力有限的多機器人氣味源搜索算法。該算法根據(jù)環(huán)境中氣味粒子的采樣，構建出近似的氣味源分布概率，并以此計算自由能的變化作為機器人移動的決策函數(shù)。仿真結果驗證了該算法的有效性和魯棒性。
　　2.針對多氣味源搜索問題，提出了一種基于權重參數(shù)的多機器人搜索算法。仿真結果證明了該算法的有效性；發(fā)現(xiàn)該算法的搜索性能和機器人距氣味源的距離之間呈非線性關系，在機器人距離氣味源較近時性能更好。在此基礎上討論了算法的探索與利用平衡問題，通過對決策函

3、數(shù)以及仿真結果的分析可知，算法自身即具備平衡探索與利用的能力。
　　3.針對機器人在較小空間中搜索的問題，提出了一種改進的多機器人搜索算法。該算法在機器人決策環(huán)節(jié)加入了基于“鄰位坐標”和“勢力矩陣”的沖突消解機制。仿真結果驗證了算法的有效性。雖然引入沖突消解機制導致了平均搜索時間的輕微增加，但該方面的損失保證了機器人的安全。
　　4.分析了用熱源替代氣味源進行搜索實驗的可行性。根據(jù)湍流環(huán)境以及弱感知搜索算法的特點，結合實驗室

4、條件和氣味傳感器研究現(xiàn)狀，設計了一套多弱感知機器人實驗平臺。該平臺由微型輪式熱感移動機器人、主控PC以及通訊系統(tǒng)組成。其中，微型輪式熱感移動機器人以KheperaIII型機器人為基礎，加載了自行設計的溫度感知系統(tǒng)。采用1類K型熱電偶作為溫度傳感器，由熱電偶采集的信號經放大濾波，輸出到機器人擴展卡的12個模擬I/O端口。
　　5.在室內變風向環(huán)境下，利用自行設計的實驗平臺，對多弱感知機器人單氣味源搜索算法進行了物理模擬實驗研究。從成