基于修正蚁群算法的多机器人气味源定位策略研究

为了使多机器人系统能够模仿蚁群寻找食物源的行为方式来搜索室内环境中存在的气味源,通过对蚁群算法的修正,形成一种新的多机器人协作策略．修正的蚁群算法包括局部遍历搜索、全局随机/概率搜索和信息素更新三个阶段．为了实现多个气味源的定位,在迭代搜索中加入了气味源确认机制．仿真结果表明,局部遍历搜索能够保证机器人逐步靠近气味源,而在全局搜索中设置气味浓度检测阈值可以避免机器人“群聚”现象的形成．最后验证了从不同入口点分散进入搜索区域时,机器人对多个气味源的搜索定位效果．     

基于进化梯度搜索的机器人主动嗅觉仿真研究

提出了基于进化梯度搜索的多机器人主动嗅觉的一种实现策略．首先用Fluent软件建立了一个时变的气态流体环境;其次给出了在此仿真环境中的基于进化梯度搜索的机器人主动嗅觉实现过程,包括发现气体、跟踪气体和气味源确认．为了弥补进化梯度搜索法在机器人数量有限情况下存在的不足,本文算法还使用了风向信息．仿真结果验证了该搜索策略的有效性．通过与传统的基于单机器人的浓度梯度搜索策略比较,验证了本文所用方法的优越性．     

基于移动机器人的主动嗅觉技术研究

使用移动机器人来定位气味源已经成为一个研究热点,机器人主动嗅觉是指使用机器人自主发现并跟踪烟羽,最终确定气味源所在位置的技术。本文对当前主动嗅觉技术进行概述,并根据生物嗅觉行为介绍一种气味源定位算法,这种算法不依赖某一点气味浓度值,仅依靠气味浓度变化率就可找到气味源。并在高斯模型下对烟羽分布模型进行仿真。     

基于头脑风暴优化算法的多机器人气味源定位

针对现有室内湍流环境下多机器人气味源搜索算法存在历史浓度信息利用率不高、缺少调节全局与局部搜索的机制等问题,提出头脑风暴优化（BSO）算法与逆风搜索结合的多机器人协同搜索算法。首先,将机器人已搜索位置初始化为个体,以机器人位置为中心聚类,有效利用了历史信息的指引作用;然后,将逆风搜索作为个体变异操作,动态调节选中一个类中个体或两个类中个体融合生成新个体的数量,有效调节了全局和局部搜索方式;最后,根据浓度和持久性两个指标对气味源进行确认。在有障碍和无障碍两个环境中将所提算法与三种群体智能多机器人气味源定位算法进行定位对比仿真实验,实验结果表明,所提算法的平均搜索时间减少33%以上,且定位准确率达到100%。该算法能够有效调节机器人全局和局部搜索关系,快速准确定位气味源。     

嗅觉机器人搜索多泄漏源的群算法研究现状

危险气体泄漏会造成严重的事故,采用多个无人机或机器人对同时存在的多个泄漏源进行搜索定位,是未来事故救援现场急需的先进技术手段。然而多个泄漏源的同时定位对于设计多机器人搜索策略提出了挑战,需要在算法层面做很多工作。笔者总结了嗅觉机器人搜索多泄漏源的群算法研究现状,发现以粒子群算法为代表的仿生学算法取得了一定的进展。     

湍流烟羽环境下多机器人主动嗅觉实现方法研究

给出了一种用于实现主动嗅觉(也称气味/气体源定位或化学烟羽跟踪)的多机器人协同搜索策略. 将蚁群算法与逆风搜索相结合用于协调多机器人的运动方向. 蚁群算法可有效调动机器人朝信息素高的区域运动且保证机器人之间的距离不会过大; 逆风搜索可降低算法过早地陷入局部最优的概率. 为正确判断转移方向, 蚁群算法中还增加了对历史信息的考虑. 在源头确认方面, 本文提出了气味/气体浓度持久性判断结合机器人旋转计算流体质量通量散度的方法. 仿真表明, 本文的主动嗅觉搜索策略可适用于湍流烟羽环境, 且可有效地逃脱浓度局部最优和风场的漩涡, 另外可最终确认源头位置.     

融合学习策略与导向果蝇机制的气味源主动定位方法研究

工业生产过程中常发生由有害气体泄漏引起的火灾或爆炸事故,利用载有气体传感器的移动机器人实时监测并搜索定位泄漏气体源是预防重大事故的有效方法,而高效的搜索策略是保证机器人快速准确定位气味源的关键因素.现有的气味源搜索算法存在定位成功率不高和对气味源定位不准的问题,本文提出一种将仿生果蝇算法和学习策略相融合的气味搜索策略.针对传统果蝇算法易陷入饱和收敛的问题,提出一种新的导向果蝇极值更新方式;针对寻优不精的问题,进一步提出一种基于学习策略的导向果蝇气味源搜索算法(OCGFOA).仿真实验结果表明OCGFOA算法完成定位速度更快且离泄漏气味源位置更近,其定位效果更能满足对危险气味源定位的要求;最后,在物理场景下进行气味源主动定位验证实验,证明本文所提算法在实际场景下也具有可行性.     

基于自适应无迹卡尔曼的机器人室内定位算法

针对室内环境复杂,难以通过单一传感器对机器人精准定位的问题,以室内环境中的两轮差动移动机器人为研究对象,提出了一种自适应无迹卡尔曼室内定位算法。该方法以无迹卡尔曼滤波（UKF）算法为基础,融合里程计、超声波定位系统、电子罗盘等传感器数据,利用超声波定位低频特性好的特点,弥补里程计结合电子罗盘进行航迹推算的累积误差和打滑影响。鉴于实际中量测噪声往往难以确定,利用Sage-Husa自适应方法,并根据不同传感器的噪声特性设置不同的加权系数,在线更新量测噪声特性,以实现对量测噪声的自适应。通过仿真验证,该方法能在传感器噪声特性未知的情况下,有效适应传感器噪声的变化,从而能够在复杂室内环境下,实现较高精度和鲁棒性的位姿估计。     

基于改进MSCKF算法的室内机器人定位方法

针对传统多状态约束卡尔曼滤波算法(MSCKF)在实现机器人室内定位时,速度和位置状态方程需要对IMU中加速度计的测量数据进行积分,存在漂移和累计误差,且加速度计受重力干扰问题,本文提出改进MSCKF算法.改进MSCKF算法避免使用加速度计传感器,利用轮式里程计传感器对平移测量较为精确的优点,将IMU中陀螺仪和轮式里程计的数据进行融合,改进MSCKF算法的扩展卡尔曼(EKF)状态方程.首先利用陀螺仪传感器的角速度数据得到改进EKF姿态方程,然后利用轮式里程计传感器的平移数据,结合姿态方程中的旋转信息得到改进EKF速度和位置方程.最后在机器人操作系统(ROS)上实现MSCKF及其改进算法,并结合Turtlebot2机器人在室内进行实验验证.实验结果表明,改进MSCKF算法的运动轨迹更接近于真实轨迹,定位精度较改进前所有提高,改进前平均闭环误差是0.429 m,改进后平均闭环误差是0.348 m.     

基于P-PSO 算法的室内有障碍通风环境下的多机器人气味源搜索

受湍流影响, 室内通风环境下的烟羽分布表现出波动变化且不连续的特性; 在一些角落处, 较大的漩涡会产生长时间的局部浓度极值区; 另外室内的障碍物也会改变烟羽的分布状况. 因此室内有障碍通风环境下的机器人气味源搜索问题变得很复杂. 本文提出了基于概率适应度函数的粒子群优化(Probability-fitness-function based particle swarm optimization, P-PSO)算法并用于多机器人气味源搜索. P-PSO算法的特点是采用概率而非确定数来表达适应度函数值. 针对气味源搜索问题, P-PSO算法的适应度函数值由贝叶斯和变论域模糊推理估计的气味源概率表达. 为验证提出的搜索策略, 构建了对应实际边界条件的室内通风环境的烟羽模型. 仿真研究证明了本文提出的P-PSO搜索算法用于解决气味源搜索问题的可行性.     

一种基于WiFi的改进型室内位置指纹定位方法

在室内WiFi位置指纹定位系统中,由于室内环境的复杂性及易变性,定位精度很难得到保证。通过实验测试分析人体对WiFi信号的影响以及不同位置设备接入点数目的变化情况,本文提出一种在手持设备的定位系统中增加位置指纹特征以提高定位精度的改进型定位方法。该方法将手持设备的方向角和接入点数目这2个位置特征加入位置指纹中,丰富了离线数据库的位置特征。通过对常规位置指纹库定位和改进的位置指纹库定位的测试对比,得出使用改进的位置指纹库定位可以提高系统的定位精度的结论。     

一种改进的室内物品RFID定位技术

本文介绍了可应用于室内物品定位的改进LANDMARC定位系统。该算法在原始算法基础上对RFID标签进行分类,同时引入了参考误差的概念来提高系统定位精度。改进后的算法结合RF code公司硬件设备组建定位系统。实验结果表明,改进后的算法减少了定位时间,提高了室内物品的定位精度。     

基于改进蚁群算法的多机器人任务分配方法

研究了动态环境下多机器人对多目标点的探测;针对通常采用的是单物品拍卖的方法进行任务分配但是无法得到全局最优解的缺点,提出了用组合拍卖的方法来解决多机器人的任务分配问题;由于组合拍卖(WDP)本身是一个NP-hard的问题,所以文中通过对蚁群算法进行改进,成功地解决了此类任务分配问题;实验表明,该算法有效地缓解了容易出现的早熟停滞现象,达到较好的最优解,收敛速度快且求解质量稳定,满足了多机器人动态任务分配的要求。     

一种改进PSO的室内机器人路径规划方法

针对室内空间局限性造成的移动机器人路径规划难度提升问题,文章分析了机器人室内移动中转弯、启停等运动特征,为获得最优规划路径引入了粒子群算法(particle swarm optimization, PSO),同时为改善经典算法中收敛度低,易早熟等问题,首先使用收敛因子、线性递减、非线性凹函数、随机分布方式等对PSO惯性权重的选取进行了讨论,并结合三次样条插值方法、选取罚函数作为适应度函数等对PSO进行了算法改进,最后,以实验室作为室内环境背景进行了仿真实验,并与经典的PSO路径规划方法进行了对比,实验结果表明,文章中改进的PSO路径规划方法精度高于经典PSO方法5%,平均寻优时间比经典PSO的少5s左右,能够有效的提高规划路径的平滑度,对于室内环境中机器人路径规划具有良好的实时性和有效性。     

基于TDOA的室内超声波定位方法的改进

基于超声波和射频信号的TDOA（Time Difference Of Arrival,TDOA）室内无线传感网定位系统得到了越来越普遍的研究。其以距离测量为基础计算待测节点坐标。测距的误差影响定位结果的准确性。因此,文中主要目的是介绍基于超声波技术和射频技术定位系统的工作原理,通过采用总体最小二乘法（Total Least Square,TLS）的直线拟合方法对距离测量误差进行补偿,修正距离值,然后采用极小极大算法（Min-Max algorithm）进行定位的位置坐标计算,得到系统测距误差较小和定位准确性高的结果。实验数据仿真表明,该方法提高了距离测量精度和系统的定位准确性。     

基于WiFi的一种改进的室内定位算法

为解决室内定位中算法定位精度不高、误差偏大的问题,在原有指纹匹配算法的基础上,提出了一种新的信号能量加权改进接收信号强度的方法.通过对改进后的信号能量进行均值滤波和阈值滤波处理,改善离线建立指纹库阶段建库数据源.在线匹配阶段,改进WKNN算法,利用方差加权结合欧式距离倒数进行相似度匹配.该方法与目前的WKNN算法相比,在减少复杂度的同时,对定位效果进行改善.在不考虑AP组合对定位结果影响的情况下,仿真结果表明所提出的改进算法能明显提高定位精度.     

一种改进的人眼定位算法

结合现有的人眼定位方法提出了一种新的算法。该算法首先找出输入图片中所有可能的眼睛点，将这些点按照一定的标准两两结合为可能的眼睛对后，对假定的眼睛对进行模板匹配，选出匹配程度较高的眼睛对。根据眼睛对的距离从图上画出相应的人脸区域，对该区域采用K-L变换，判断其是否为人脸。如果该区域为人脸，就可确定候选眼睛对。