足式嗅覺機(jī)器人具有較強(qiáng)的地形適應(yīng)性,能在各種復(fù)雜環(huán)境下自主搜索并定位泄漏源,對(duì)解決危險(xiǎn)化學(xué)品泄漏檢測(cè)、火災(zāi)救援、爆炸物質(zhì)檢測(cè)和處置等高危領(lǐng)域的問(wèn)題具有重要的應(yīng)用價(jià)值和理論意義。針對(duì)崎嶇復(fù)雜環(huán)境下危險(xiǎn)氣體泄漏源定位問(wèn)題,本文以六足仿生嗅覺機(jī)器人為研究對(duì)象,研究其姿態(tài)控制和主動(dòng)嗅覺定位算法,實(shí)現(xiàn)六足仿生機(jī)器人在崎嶇復(fù)雜環(huán)境中穩(wěn)定行走和主動(dòng)嗅覺尋源。本文主要工作如下:（1）介紹嗅覺機(jī)器人的研究背景,總結(jié)并分析嗅覺機(jī)器人和多足機(jī)器人國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀。對(duì)六足仿生機(jī)器人的正逆運(yùn)動(dòng)學(xué)進(jìn)行分析,推導(dǎo)得到其運(yùn)動(dòng)學(xué)模型;分析機(jī)器人足端工作空間對(duì)機(jī)器人相關(guān)步行參數(shù)的影響。（2）提出基于主動(dòng)嗅覺的六足仿生機(jī)器人系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案。根據(jù)機(jī)器人總體設(shè)計(jì)方案分別對(duì)控制系統(tǒng)的硬件框架和軟件架構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)與搭建,實(shí)現(xiàn)機(jī)器人崎嶇復(fù)雜環(huán)境下的全方位運(yùn)動(dòng)和主動(dòng)嗅覺功能。（3）為提高機(jī)器人對(duì)崎嶇復(fù)雜地形的適應(yīng)性和行走的穩(wěn)定性,提出一種六足仿生機(jī)器人姿態(tài)閉環(huán)控制算法。首先對(duì)支撐腿長(zhǎng)度差與關(guān)節(jié)角度的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行改進(jìn);然后基于該改進(jìn)模型對(duì)機(jī)器人姿態(tài)采用比例-微分閉環(huán)控制策略,并加入足力前饋控制;最后通過(guò)仿真和物理實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證該算法的可行性和對(duì)... 

【文章來(lái)源】：武漢科技大學(xué)湖北省

【文章頁(yè)數(shù)】：86 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

電子鼻

武漢科技大學(xué)碩士學(xué)位論文3Ishida團(tuán)隊(duì)從1992開始對(duì)嗅覺機(jī)器人展開研究。受飛蛾等生物的啟發(fā)，Ishida和他的同事在濃度梯度搜索氣味源的策略上加上風(fēng)向信息，即采用氣體濃度信息和風(fēng)向信息結(jié)合的策略搜索氣味源。所以他們用四個(gè)氣體傳感器（型號(hào)為Figaro公司的TGS822）和四個(gè)風(fēng)向傳感器研制成氣味源方向探測(cè)裝置，然后使用輪式移動(dòng)機(jī)器人搭載該裝置進(jìn)行尋源實(shí)驗(yàn)，即第一代煙羽跟蹤機(jī)器人[17]（GasPlumTrackingRobotΙ）如圖1.2所示。隨后，在2002年，Ishida對(duì)第一代機(jī)器人進(jìn)行改進(jìn)，研制了第二代煙羽跟蹤機(jī)器人[18]，如圖1.3所示。相對(duì)于第一代機(jī)器人而言，傳感器的類型和型號(hào)并沒有改變，但是對(duì)傳感器的安裝位置做出了優(yōu)化，并加上了兩個(gè)碰撞檢測(cè)器用于檢測(cè)是否碰撞到氣味源。傳感器的安裝位置如圖1.3所示，在機(jī)器人中心安裝了兩個(gè)氣體傳感器，取其平均值作為機(jī)器人所在位置的的氣體濃度值，機(jī)器人平臺(tái)上也安裝了一個(gè)伸長(zhǎng)臂，并在臂的兩端安裝兩個(gè)氣體傳感器、RLRR，根據(jù)這兩個(gè)傳感器采集的氣體濃度值決定機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的方向，風(fēng)向傳感器、RLFF用于提供風(fēng)向信息。第二代煙羽跟蹤機(jī)器人采用的氣味源定位策略是在氣體傳感器響應(yīng)和恢復(fù)的階段，機(jī)器人根據(jù)風(fēng)向信息逆風(fēng)搜索。否則機(jī)器人根據(jù)氣體濃度信息局部搜索。最后通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證該策略能提高機(jī)器人四倍的搜索效率。后來(lái)Ishida再次改進(jìn)煙羽跟蹤機(jī)器人，在第二代機(jī)器人的基礎(chǔ)上加上視覺傳感器，即結(jié)合嗅覺、視覺和風(fēng)向信息進(jìn)行主動(dòng)嗅覺尋源[19]，第三代煙羽跟蹤機(jī)器人，如圖1.4所示。第三代機(jī)器人搜索氣味源的策略為：當(dāng)機(jī)器人未檢測(cè)到氣體時(shí)，機(jī)器人會(huì)在相機(jī)圖像中尋找明顯的物體。機(jī)器人接近視野中發(fā)現(xiàn)的任何物體，并通過(guò)嗅覺傳感器對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)，判斷是否為氣味源。如果機(jī)器人在運(yùn)動(dòng)的時(shí)候檢?

武漢科技大學(xué)碩士學(xué)位論文4圖1.3煙羽跟蹤機(jī)器人-ΙΙ圖1.4煙羽跟蹤機(jī)器人-ΙΙΙ嗅覺機(jī)器人不僅可以借助氣體濃度信息進(jìn)行氣味源定位，還可以通過(guò)構(gòu)建氣體濃度分布圖[20-23]來(lái)對(duì)氣味源定位。比如，Loutfi[24]等人通過(guò)將靜態(tài)嗅覺技術(shù)和移動(dòng)機(jī)器人相結(jié)合，構(gòu)建被監(jiān)測(cè)區(qū)域的氣體濃度分布圖，進(jìn)而得到氣味源位置。Loutfi設(shè)計(jì)的Sancho嗅覺機(jī)器人如圖1.5所示，Sancho機(jī)器人搭載了一臺(tái)徑向激光雷達(dá)、彩色相機(jī)、兩個(gè)電子鼻；其中激光雷達(dá)和相機(jī)用于構(gòu)建被監(jiān)測(cè)區(qū)域的空間地圖，在圖（b）顯示的是機(jī)器人的電子鼻，用于采集氣體濃度信息。電子鼻是由四個(gè)氣體傳感器（型號(hào)分別為TGS2600,2600,2620,2602）和用于提供恒定氣流的風(fēng)扇組成，如圖（c）所示。Sancho機(jī)器人在構(gòu)建空間布局的地圖過(guò)程中就利用電子鼻采集機(jī)器人軌跡點(diǎn)的氣體濃度信息，并利用氣體濃度地圖構(gòu)建算法（GDM）構(gòu)建整個(gè)空間的氣體濃度分布圖，然后將空間地圖和氣體濃度圖映射在一起，形成一個(gè)組合地圖，最終可以得到氣味源的確切物理位置。圖1.5Sancho機(jī)器人

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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博士論文
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本文編號(hào)：3561495