基于仿生行为的移动机器人主动嗅觉技术研究

摘要

在工业、军事、安全等领域，机器人主动嗅觉技术有重要的应用价值。如何实现移动机器人对可疑目标的准确判断，迅速确定毒气泄漏源或可疑目标的具体位置，是应用移动机器人执行主动嗅觉任务的关键问题。由于生物嗅觉跟踪行为简单而有效，本文对机器人仿生主动嗅觉策略进行了深入研究，为应用移动机器人完成各种与气味搜索相关的危险工作奠定了基础。本文的创新性工作包括：1、在分析扁形虫的动态刺激反应和生物的趋激性行为基础上，提出一种基于动态刺激反应和趋激性仿生行为的主动嗅觉策略，该策略不依靠嗅觉传感器的绝对浓度，而根据浓度的变化率来决定机器人的搜索方向和步长，并且不依赖于风向信息，提高了机器人的搜索效率和环境适应能力。策略分为仿生嗅觉搜索模块，避障模块，味源识别模块，采用基于规则的专家系统智能决策算法，根据传感器实时的信息变化，使机器人执行相应的动作模块。避障模块采用模糊控制。2、根据飞蛾等生物在味源附近的环绕行为，提出了基于环绕行为的仿生味源识别策略，该策略能够只依靠目标附近嗅觉信息，对目标是否为味源进行准确判定。该策略设计简单，不受环境条件的限制，仿真和实验均证明是一种有效的味源识别策略。3、在分析漂泊信天翁捕猎行为基础上，提出了一种基于漂泊信天翁捕猎行为的机器人仿生主动嗅觉策略。策略采用基于主动感知行为的智能决策算法，使机器人能够根据实时采集的多种传感器信息，利用冲突抑制规则，自主选择 “Z”形搜索、逆风搜索、视觉趋近等不同的搜索行为趋近味源。实验证明，利用这种融合视觉、嗅觉等多种传感器信息的主动嗅觉策略，机器人在湍流环境下也可以快速准确的进行气味泄漏源定位。4、人类和动物对目标对象的交叉模式感知方法快速有效，据此提出了一种基于交叉模式的机器人仿生味源识别策略，该策略综合视觉信息、气味信息和距离信息，通过贝叶斯方法进行基于交叉模式的多传感器信息融合。该策略提高了机器人识别味源的效率和准确率，减少了误判，降低了信息的模糊度。仿真和实验结果证明，该策略能够帮助机器人对味源和障碍物进行准确识别。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 绪论

第二章 基于动态刺激反应和趋激性行为的仿生主动嗅觉策略

第三章 基于漂泊信天翁捕猎行为的多传感器主动嗅觉策略

第四章 基于交叉模型的多传感器味源识别策略

第五章 机器人仿生主动嗅觉实验研究

第六章 结论

参考文献

致 谢

攻读博士学位期间所取得的科研成果