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基于气体传感器阵列的嗅觉机器人的研究

基于气体传感器阵列的嗅觉机器人的研究

作者：徐保港哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

随着机器人技术的发展,机器人的应用领域越来越广。人们对机器人的智能程度要求也越来越高,希望它们不仅能够在生产车间环境下完成大规模的装配任务,而且还可以在室内外感知环境并完成复杂的任务。因此对机器人感知能力的研究愈显得重... 详细信息

随着机器人技术的发展,机器人的应用领域越来越广。人们对机器人的智能程度要求也越来越高,希望它们不仅能够在生产车间环境下完成大规模的装配任务,而且还可以在室内外感知环境并完成复杂的任务。因此对机器人感知能力的研究愈显得重要。现在对机器人的感知能力的研究主要集中在触觉、视觉和听觉,出现了能看的、能听的甚至能说话的机器人。但是对机器人的嗅觉的研究和应用则相对较少。而具有嗅觉功能的机器人可以替人类完成很多高危险的工作,如进入毒气场搜寻毒气源,寻找地雷,查找管道的泄漏点等。本文介绍了机器人嗅觉系统以及嗅觉机器人的发展现状,通过对生物的嗅觉机理以及对生物搜寻气源方式的研究,总结归纳了嗅觉机器人的工作原理和结构。介绍了传感器信号的预处理算法和模式识别技术和几种常用气源搜寻策略。根据以上理论,设计了以传感器阵列和单片机为核心的嗅觉机器人的硬件系统。同时为系统程序设计了流程图,编制了驱动程序。接着利用实验装置,采集了传感器阵列的定量输出信号,根据BP神经网络的相关理论,利用样本信号对网络进行了训练和验证,结果基本满足要求;随后根据网络各层的权值和阈值,将网络移植到单片机中。最后选用机械本体和硬件系统组合,构建了嗅觉机器人系统,并根据半随机搜寻策略编制了软件。

关键词：嗅觉机器人导航人工嗅觉传感器阵列人工神经网络

基于虚拟样机技术的嗅觉机器人机械系统的研究

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基于虚拟样机技术的嗅觉机器人机械系统的研究

作者：史科科哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

随着机器人技术的发展,机器人的应用领域越来越广,人们对机器人的智能程度要求也越来越高,目前对机器人的感知能力的研究主要集中在触觉、视觉和听觉,出现了能看的、能听的甚至能说话的机器人,但是对机器人的嗅觉的研究和应用则相对较少... 详细信息

随着机器人技术的发展,机器人的应用领域越来越广,人们对机器人的智能程度要求也越来越高,目前对机器人的感知能力的研究主要集中在触觉、视觉和听觉,出现了能看的、能听的甚至能说话的机器人,但是对机器人的嗅觉的研究和应用则相对较少,具有嗅觉功能的机器人可以替人类完成很多高危险的工作。本课题来源于国防科技基础研究基金资助项目,研究的主要目标在于建立一套完整、经济、结构简单、识别度高、接口规范的嗅觉机器人系统,现阶段已完成嗅觉机器人搜寻算法及硬件电路的设计,而机械载体部分还未设计,通过比较轮式、腿式、履带式结构机器人的特点,本文采用履带式的行走机构并对其设计,运用虚拟样机技术建立其三维实体模型进行仿真分析,可以缩短研发周期、降低开发成本。本文通过分析国内外履带式移动机器人的研究现状,确定了机器人系统的总体设计方案,设计出各个零部件的形状、尺寸大小以及合理安排它们的摆放位置;利用CATIA建立起履带机器人的零件和装配体的三维模型,并利用该软件及ANSYS软件对三维模型及个别零部件进行静力学和强度分析,验证设计的合理性;由于履带式与轮式运动特性的巨大差异,重点分析了履带式机器人运动过程中的动力学,详细分析机器人直线运动、转向和爬坡运动,建立动力学模型;最后利用RecurDyn软件创建机器人的履带驱动系统,对履带机器人的几种工况运动进行仿真,着重分析了履带机器人的爬坡能力,调整地面参数与坡度高度,得到的仿真结果与分析计算结果一致,仿真方法具有一定的可信度,为今后的履带机器人的建模仿真设计提供了实践经验和理论依据。

关键词：虚拟样机嗅觉机器人履带动力学

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基于粒子滤波的烟雾羽流路径追踪算法

华中科技大学学报（自然科学版） 2020年第1期48卷 66-70页

作者：陈欣星黄剑华中科技大学人工智能与自动化学院

利用一个搭载激光计数烟雾传感器的机器人解决追踪烟雾羽流的问题.依据化学气味源定位算法,提出基于粒子滤波的烟雾羽流路径追踪算法.算法的流程包括机器人观察、烟雾羽流路径估计、粒子重采样、预设目标点评估和机器人移动.针对算法中... 详细信息

利用一个搭载激光计数烟雾传感器的机器人解决追踪烟雾羽流的问题.依据化学气味源定位算法,提出基于粒子滤波的烟雾羽流路径追踪算法.算法的流程包括机器人观察、烟雾羽流路径估计、粒子重采样、预设目标点评估和机器人移动.针对算法中的观察步骤,提出了可变阈值的方法将传感器数据二值化.使用机器人仿真软件Webots对算法性能进行了评估,对比了可变阈值方法与移动平均窗方法对算法性能的影响,以及机器人不同的初始位置对算法性能的影响.结果表明:所提出算法结合可变阈值法的成功率和效率均较高,且机器人的初始位置对算法性能影响较小.

关键词：嗅觉机器人烟雾源追踪粒子滤波信息熵路径规划

危险气体泄漏源搜寻多机器人系统的设计与实现

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传感技术学报 2018年第7期31卷 1132-1140页

作者：陈寅生赵文杰宋凯王祁哈尔滨理工大学测控技术与通信工程学院哈尔滨150001 哈尔滨工业大学电气工程与自动化学院哈尔滨150001

危险气体泄漏源搜寻是仿生嗅觉技术的重要应用领域之一。为了提高气体泄露源定位的效率和准确性,设计并实现了一种基于无线传感器网络的气源目标搜寻多机器人系统。该系统由多个嗅觉机器人组成,每个机器人作为无线传感器网络节点实现信... 详细信息

危险气体泄漏源搜寻是仿生嗅觉技术的重要应用领域之一。为了提高气体泄露源定位的效率和准确性,设计并实现了一种基于无线传感器网络的气源目标搜寻多机器人系统。该系统由多个嗅觉机器人组成,每个机器人作为无线传感器网络节点实现信息交换,协同工作,实现危险气体泄漏源的定位。嗅觉机器人以DSP处理器(TMS320F28335)为控制核心,对MOS气体传感器和风速传感器的输出信号进行融合,设计了浓度梯度与风速信息相结合的单一气体泄漏源搜寻算法。当嗅觉机器人完成气源定位时将发出警报,其他机器人利用装配的麦克风阵列和声源定位算法实现对泄漏源的间接定位。最后,为了说明所设计的多机器人系统对气体泄露源定位的有效性和准确性,本文设计了针对单一泄露源的气源搜寻实验进行验证。

关键词：嗅觉机器人机器人系统无线传感器网络气源搜寻浓度梯度

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湍流环境下化学羽状物定位技术研究

湍流环境下化学羽状物定位技术研究

作者：韩冰哈尔滨工程大学

学位级别：硕士

使用人工嗅觉探测化学羽状物信息，指导机器人进行搜索、追踪等一系列行为的主动嗅觉技术是近年来研究的热点，机器人技术，传感器技术以及人工智能技术的发展为这一领域的研究提供了条件，这对使用智能水下机器人（AUV）跟踪热液羽状... 详细信息

使用人工嗅觉探测化学羽状物信息，指导机器人进行搜索、追踪等一系列行为的主动嗅觉技术是近年来研究的热点，机器人技术，传感器技术以及人工智能技术的发展为这一领域的研究提供了条件，这对使用智能水下机器人（AUV）跟踪热液羽状物，实现对海底热液喷口的定位具有重要的指导意义。基于使用AUV进行海底热液喷口定位技术研究的背景，本论文把化学羽状物作为研究对象，通过参考国内外研究成果，对以下内容进行研究：1、大量阅读国内外的文献资料，了解和掌握国内外对化学羽状物定位技术研究的现状。2、具体研究了化学羽状物定位技术中的仿真技术，通过参考国外二维化学羽状物仿真方法，使用基于单方程模型的雷诺方程求解流场，建立二维化学羽状物的仿真平台。3、针对国内外对三维热液羽状物仿真技术研究的空白，本论文针对热液羽状物中化学物质浓度扩散进行仿真，使用N-S方程建立三维流场，结合基于细丝的化学羽状物扩散模型，建立三维热液羽状物仿真平台。4、对基于人工势场理论的化学羽状物定位方法进行研究，针对人工势场理论在化学羽状物定位技术研究中并未得到实验验证的情况，对人工势场理论在实验条件下的应用进行了深入的研究，设计了实验条件下基于人工势场理论的任务规划器。5、为了进行实物实验，对能够用于羽状物定位实验的传感器设备进行研究，选择了风速传感器、烟雾传感器以及用于接收数据的单片机，开发相应的设备使用程序以及数据接收程序，通过在P3-DX机器人上搭载这些设备，完成了P3-DX机器人由普通机器人到嗅觉机器人的设计。6、使用装配的嗅觉机器人在室内进行了羽状物浓度测量实验，羽状物源头概率分布图的构建实验和基于人工势场理论的羽状物源头搜索实验，对实验结果进行详细的分析。

关键词：主动嗅觉羽状物羽状物仿真人工势场嗅觉机器人