一种基于信息融合机制的多机器人危险气味源定位方法技术

技术编号:6503753 阅读:315 留言:0更新日期:2012-04-11 18:40
本发明专利技术涉及一种基于信息融合机制的多机器人危险气味源定位方法。现有的方法对信息利用不完全,并且没有考虑通信约束,往往会使多机器人系统局部收敛。本发明专利技术方法首先建立信息融合矩阵和气味源位置均值分布的概率模型,并抽取均值信息存放到信息融合矩阵中;然后依据均值信息建立气味源位置的概率分布,抽取位置信息。再次基于气味源可能的位置和当前位置,采用螺旋轨迹作为机器人的运动轨迹,控制机器人移动到目标位置,并不断更新群体机器人所获得最大浓度对应的位置信息和单个机器人获得的最大浓度所对应的位置信息,直到到达指定位置。本发明专利技术可以使多机器人系统快速定位危险气味源,并且在有通信约束的情况下有效地提供危险气味源的可能位置。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于自动化
,涉及。
技术介绍
危险气味源定位对人类安全有着非常重要的意义,如海洋、河流环境监测,污染物的源头追踪和定位,以及化学工厂中有毒气体泄漏的源头等等。因此,如何快速有效地定位危险气味源是一个极其重要的问题。然而,危险气味源定位问题在不同的环境下,呈现出不同的特点。通常,在没有气流的条件下,气味分子的扩散是一个主要力量,它能够驱动气味分子远离气味源。最大的浓度将会在气味源的附近出现。因此,我们可以使用梯度的方法来定位气味源。然而,在真实的世界里,气流是一种影响气味扩散的主要力量,它通过影响气味分子的运动,形成羽烟。在由高Reynolds数刻画的环境里,羽烟呈现出高度的不连续性和间歇性,这使得梯度方法变得不可行。此外,由于多机器人系统的可扩展性和鲁棒性, 使得多机器人系统代替单机器人系统成为危险气味源定位的主要工具。目前,多机器人系统合作定位危险气味源的主要控制方法是群智能技术,但是,这种技术在有通信约束的情况下,定位成功率较低,也会使多机器人系统消耗过多的能量。一个主要的原因是,该方法对信息利用不完全,往往会使多机器人系统局部收敛。另外,在我国对于多机器人系统的合作控制方法的研究刚刚开始起步,仍然没有提出行之有效的方法。在这一背景下,本专利技术弥补了现有技术的不足。
技术实现思路
本专利技术的目标是针对现有技术的不足之处,提出了,该方法是以信息融合机制为基础,设计一种有效的多机器人系统协调控制方法,以能够快速并准确地定位危险气味源。该方法弥补了传统合作搜索方式的不足,在有通信约束的情况下,保证多机器人系统具有较高的定位精度和稳定性的同时, 也保证形式简单并减少定位过程中多机器人系统消耗的能量。本专利技术方法是首先,建立信息融合矩阵,根据群体获得的最大浓度所对应的位置信息、机器人获得的最大浓度所对应的位置信息和机器人的当前位置信息,建立气味源位置均值分布的概率模型,并抽取均值信息存放到信息融合矩阵中;然后,依据信息融合矩阵中的均值信息建立气味源位置的概率分布,抽取位置信息;进一步,根据阈值和所抽取的位置信息,产生气味源可能的位置。再次,基于所产生的气味源可能的位置,从当前位置到气味源可能位置之间设计螺旋轨迹,采用一致性算法作为控制律,控制机器人移动到目标位置,并在移动过程中,不断更新群体机器人所获得最大浓度对应的位置信息和机器人获得的最大浓度所对应的位置信息,直到到达指定位置,然后进行判断,如果算法终止条件满足,则方法停止运行,并提供气味源位置,否则重新开始执行。本专利技术的技术方案是通过数据检测、在线优化、气味源位置概率分布评估等手段,确立了一种协调多机器人系统的控制方法,利用该方法,在有通信约束的情况下,提高危险气味源定位的精度。 本专利技术方法在第^ ( i = …力)个机器人上运行,其中,具体步骤如下(1)建立信息融合矩阵,根据群体获得的最大浓度所对应的位置信息、机器人获得的最大浓度所对应的位置信息和机器人的当前位置信息,建立气味源位置均值分布的概率模型,并抽取均值信息存放到信息融合矩阵中,具体方法是 a.建立信息融合矩阵本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于信息融合机制的多机器人危险气味源定位方法,其特征在于该方法包括以下步骤:(1)建立信息融合矩阵,根据群体获得的最大浓度所对应的位置信息、机器人获得的最大浓度所对应的位置信息和机器人的当前位置信息,建立气味源位置均值分布的概率模型,并抽取均值信息存放到信息融合矩阵中,具体方法是:a.建立信息融合矩阵:其中,表示第个机器人的信息融合矩阵;和是两个均值矢量,用来存放第个机器人所获得的均值信息,他们分别具有元素和;b.抽取均值信息,并存放到信息融合矩阵中:其中,如果第个机器人和第个机器人具有通信联系,则,,, ,是机器人的个数,否则;和是时刻第个机器人信息融合矩阵中的均值矢量和的第个分量,;和是时刻第个机器人信息融合矩阵中的均值矢量和的第个分量;是第个机器人在时刻满足均值为1方差为1的正态分布的一个随机数;和是调节参数,并且满足;是第个机器人在时刻的位置;是的第个分量;是在时刻第个机器人的通信范围内的所有机器人所检测到的最大浓度信息所对应的位置;是的第个分量;是在时刻第个机器人在所有历史检测到的浓度信息中最大浓度信息所对应的位置;是的第个分量;和这两个位置信息能够根据下式被分别计算:其中,是一个数学符号,用来获得函数的自变量;是函数映射;和分别是第个机器人和第个机器人在时刻的位置,是连续时间的表示, ;(2)依据信息融合矩阵中的均值信息建立气味源位置的概率分布,抽取位置信息;具体方法是:其中, 表示正态分布具有均值和方差;是一个满足正态分布的随机变量;表示一个正态分布具有均值和方差;是一个满足正态分布的一个随机变量;可以根据下式获得:其中,和表示方差的最小值和最大值;表示最大的搜索时间;表示已经搜索的时间; (3)根据阈值和所抽取的位置信息,产生气味源可能的位置,并作为机器人在下一时刻需要移动到的位置,具体是:设定一个阈值(),然后在[0,1]内产生一个均匀分布的随机数,如果该随机数小于给定的阈值,则:否则:其中,表示在搜索区域内的一个随机位置;(4)根据所获得的位置和当前机器人的位置,规划机器人移动轨迹, 移动轨迹采用螺旋模型,具体公式如下:其中,是第个机器人在()时刻的位置;和是两个调节参数;从最大值到最小值0进行变化;,是当前位置和所获得的位置之间的距离,是对数函数;,并且其中其中,是反正切函数;是指数函数;   (5)采用一致性算法作为控制律,沿着螺旋轨迹,控制机器人从当前位置移动到新位置;   (6)判断方法是否结束;如果某一个机器人检测到的气味浓度达到预先设定值,或通过视觉传感器判断出气味源,然后通过无线网络通知第个机器人,或搜索时间超过事先规定的时间,则该方法停止执行并提供气味源位置的估计值;否则从第(1)步重新开始执行。...

【技术特征摘要】
1. 一种基于信息融合机制的多机器人危险气味源定位方法,其特征在于该方法包括以下步骤(1)建立信息融合矩阵,根据群体获得的最大浓度所对应的位置信息、机器人获得的最大浓度所对应的位置信息和机器人的当前位置信息,建立气味源位置均值分布的概率模型,并抽取均值信息存放到信息融合矩阵中,具体方法是 a.建立信息融合矩阵爲(Ti, Ui): 其中,AC^ui)表示第£个机器人的信息融合矩阵和Ui是两个均值矢量,用来存放第i个机器人所获得的均值信息,他们分别具有元素(Vil、)和( ; b.抽取均值信息,并存放到信息融合矩阵中 其中,如果第 个机器人和第个机器人具有通信联系,则吟=1,ι ,j = l,2,、《,J^j ,《是机器人的个数,否则% =。; 汸+1)和%汰+1)是免+ 1时刻第}个机器人信息融合矩阵中的均值矢量和的第A个分量,A = I,2 ;^(Λ) 和幻是&时刻...

【专利技术属性】
技术研发人员:吕强谢小高罗平
申请(专利权)人:杭州电子科技大学
类型:发明
国别省市:86

网友询问留言 已有0条评论
  • 还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。

1