[发明专利]基于气味实测的机器人气味源搜索方法

说明书

技术领域

本发明属于机器人依靠主动嗅觉搜索目标的六边形路径技术领域，具体涉及了一种基于气味实测的机器人气味源搜索方法及其应用。

背景技术

机器人依靠主动嗅觉搜索目标的研究在近几年得到迅速发展。利用移动机器人搜索有毒有害的气味源，在救灾、抢险乃至反恐、安全等领域有着广阔的应用前景。Holland和Melhuish于1996年在Cambridge：MIT Press杂志提出了机器人模仿真蜗虫行为的Z形路径跟踪策略。接着，Lilienthal在2003年Proceedings of American Mathematical Society杂志根据雄蛾寻觅雌蛾的行为，提出发散正弦波接圆周路径的发现和跟踪策略。这两种策略的机器人跟踪效率不高，鉴于此Russell又提出六边形路径跟踪策略，弥补了前两种策略的缺陷，并用之进行了地下气味源跟踪试验。Russell在RoboMole项目中的基于单个嗅觉传感器的机器人六边形路径气味跟踪方法以及实测数据为根据，以计算机仿真为手段，分析该方法的性能，进一步改进并完善其方法做必要的前期工作。

如图1，根据土壤中气味源自由扩散运动遵循的菲克第二定律，可推得地表土中气味浓度分布D(x，t)为

D(x,t)=D0erfc(x2Ut)---(V);]]>

式(IV)中，erfc()是余误差函数，D₀是气味源浓度，U是扩散常数，x为测点与气味源地面垂直位置O的距离，t为时间。

如图2，传统六边形路径方法设机器人利用自身携带的传感器探测地表土中的气味浓度，在地面按六边形路径跟踪气味，逐步走向气味源浓度增大方向。机器人在每个路径点(六边形顶点)根据前两个路径点所测浓度和前一个路径点的转弯方向，决定按顺时针转60°或逆时针转60°再走一步(六边形边长)，直至机器人与气味源地面垂直位置距离小于步长时停止。

通过计算机仿真按照现有技术的方法用其进行气味源搜索，发现机器人的跟踪过程通常无限长，会在一个包含气味源的大面积区域内漫无目的徘徊，或者停止在路途中，很少会进入定位阶段。这一现象意味着现有技术中六边形现有技术方法只能完成气味跟踪任务，不具有可靠的气味源定位功能。换言之，弥补这些缺陷，找到包括可靠的气味发现和起步、气味跟踪、气味源定位等功能的方法是本发明的由来。

发明内容

本发明目的是提供一种基于气味实测的机器人气味源搜索方法，该方法解决了现有技术的搜索方法不能解决的气味源定位问题，也改善了现有技术的搜索方法的起步和气味跟踪问题。

为了解决上述问题，本发明提供的技术方案如下：

一种基于气味实测的机器人气味源搜索方法，其特征在于所述方法包括以下步骤：

气味发现和起步阶段，机器人利用气味探测装置检测到所需搜索的气味；根据机器人检测到的气味在不同方向的气味浓度差异初步判断气味源方向；按照初步判断的气味源方向开始行走；

气味跟踪阶段，根据机器人检测到的气味浓度变化情况和气味浓度的复归程度，以动态改变的步长变化率，调整步长持续行走；

气味源定位阶段，机器人根据检测到的气味浓度的复归程度和变化情况，以固定步长变化率调整步长持续行走。

优选的，所述气味发现步骤中气味探测装置为气体传感器。

优选的，所述的气味发现和起步阶段时，机器人采用固定步长以六边形路径模式行进。

优选的，所述气味发现和起步阶段时以固定步长行进的步数为2～6。

优选的，所述气味跟踪阶段调整步长包括：

机器人实测气味浓度并根据气味浓度的二阶相对差分值判断，机器人即时调整步长以六边形路径模式跟踪持续行走。

优选的，所述气味跟踪阶段按式(I)得到步长变化率k即时调整步长；