機器人嗅覺和味源定位的研究.pdf

1、從20世紀90年代初開始，機器人嗅覺的研究得到了人們越來越多的關注。味源定位的研究是機器人嗅覺研究的一個重要課題，國外很多研究人員在不斷的進行探索，而國內在目前未見類似研究。 本文介紹了機器人嗅覺系統的軟硬件設計，研究了紅外氣體檢測的信號處理處理方法，提出了一種新的味源定位算法并進行了仿真和實驗驗證。 嗅覺傳感器是這項研究的關鍵。傳統的金屬氧化物氣體傳感器的靈敏度高、測量電路簡單，但是響應/恢復時間長；紅外氣體傳感器的響

2、應/恢復快，但是測量系統復雜。本文提出將紅外氣體傳感器和金屬氧化物氣體傳感器結合作為嗅覺傳感器，提高了氣體測量的實時性。紅外氣體傳感器采用開放式氣室，選用高信噪比的探測器和電調制的MEMS紅外光源。設計了基于模擬濾波器和基于數字鎖相放大技術的兩種紅外氣體傳感器的信號處理方法。實驗結果表明系統具有較高的靈敏度和信噪比。 設計了以TI公司32位定點DSP處理器TMS320F2812為核心的系統硬件。DSP的高速處理能力，使得硬件系統

3、能夠實時完成采集、處理和控制任務。硬件系統分為三個單元：DSP處理單元，執(zhí)行各種計算任務；模擬信號處理單元，完成Figaro氣體傳感器的信號調理和加熱電壓控制，紅外探測器信號調理，紅外光源功率驅動，AD采樣和DA輸出等功能；電機控制和驅動單元，完成小車電機的功率驅動和控制。 設計了基于嵌入式操作系統μCOS-Ⅱ的DSP系統軟件，滿足實時功能要求。根據功能需求劃分了任務并合理分配優(yōu)先級，從而傳感器數據的處理、味源定位算法的執(zhí)行和小

4、車的控制可以實時完成。采用了嵌入式操作系統，不僅提高了系統的實時性，而且軟件流程清晰、便于擴展。 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，進行了仿真和實驗檢驗。本算法以單純形搜索法為理論基礎，將味源定位問題看作函數尋優(yōu)問題。本算法結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，并且降低了對控制精度的要求。采用簡化的模型進行了仿真，對比了瞬時濃度梯度法和基于單純形的格形搜索法，