[發明專利]一種基于信息融合機制的多機器人危險氣味源定位方法

有效

• 申請號: 201110040376.1
• 申請日: 2011-02-18
• 公開（公告）號: CN102176119A
• 公開（公告）日: 2011-09-07
• 發明（設計）人: 呂強;謝小高;羅平
• 申請（專利權）人: 杭州電子科技大學
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 杜軍

技術領域

本發明屬于自動化技術領域，涉及一種基于信息融合機制的多機器人危險氣味源定位方法。

背景技術

危險氣味源定位對人類安全有著非常重要的意義，如海洋、河流環境監測，污染物的源頭追蹤和定位，以及化學工廠中有毒氣體泄漏的源頭等等。因此，如何快速有效地定位危險氣味源是一個極其重要的問題。然而，危險氣味源定位問題在不同的環境下，呈現出不同的特點。通常，在沒有氣流的條件下，氣味分子的擴散是一個主要力量，它能夠驅動氣味分子遠離氣味源。最大的濃度將會在氣味源的附近出現。因此，我們可以使用梯度的方法來定位氣味源。然而，在真實的世界里，氣流是一種影響氣味擴散的主要力量，它通過影響氣味分子的運動，形成羽煙。在由高Reynolds數刻畫的環境里，羽煙呈現出高度的不連續性和間歇性，這使得梯度方法變得不可行。此外，由于多機器人系統的可擴展性和魯棒性，使得多機器人系統代替單機器人系統成為危險氣味源定位的主要工具。目前，多機器人系統合作定位危險氣味源的主要控制方法是群智能技術，但是，這種技術在有通信約束的情況下，定位成功率較低，也會使多機器人系統消耗過多的能量。一個主要的原因是，該方法對信息利用不完全，往往會使多機器人系統局部收斂。另外，在我國對于多機器人系統的合作控制方法的研究剛剛開始起步，仍然沒有提出行之有效的方法。在這一背景下，本發明彌補了現有技術的不足。

發明內容

本發明的目標是針對現有技術的不足之處，提出了一種基于信息融合機制的多機器人危險氣味源定位方法，該方法是以信息融合機制為基礎，設計一種有效的多機器人系統協調控制方法,以能夠快速并準確地定位危險氣味源。該方法彌補了傳統合作搜索方式的不足，在有通信約束的情況下，保證多機器人系統具有較高的定位精度和穩定性的同時，也保證形式簡單并減少定位過程中多機器人系統消耗的能量。

本發明方法是：首先，建立信息融合矩陣，根據群體獲得的最大濃度所對應的位置信息、機器人獲得的最大濃度所對應的位置信息和機器人的當前位置信息，建立氣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陣中；然后，依據信息融合矩陣中的均值信息建立氣味源位置的概率分布，抽取位置信息；進一步，根據閾值和所抽取的位置信息，產生氣味源可能的位置。再次，基于所產生的氣味源可能的位置，從當前位置到氣味源可能位置之間設計螺旋軌跡，采用一致性算法作為控制律，控制機器人移動到目標位置，并在移動過程中，不斷更新群體機器人所獲得最大濃度對應的位置信息和機器人獲得的最大濃度所對應的位置信息，直到到達指定位置，然后進行判斷，如果算法終止條件滿足，則方法停止運行，并提供氣味源位置，否則重新開始執行。

本發明的技術方案是通過數據檢測、在線優化、氣味源位置概率分布評估等手段，確立了一種協調多機器人系統的控制方法，利用該方法，在有通信約束的情況下，提高危險氣味源定位的精度。

本發明方法在第????????????????????????????????????????????????()個機器人上運行，其中，具體步驟如下：

(1)建立信息融合矩陣，根據群體獲得的最大濃度所對應的位置信息、機器人獲得的最大濃度所對應的位置信息和機器人的當前位置信息，建立氣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陣中，具體方法是：

a.建立信息融合矩陣：

其中,表示第個機器人的信息融合矩陣；和是兩個均值矢量，用來存放第個機器人所獲得的均值信息，他們分別具有元素和。

b.抽取均值信息，并存放到信息融合矩陣中：

其中，如果第個機器人和第個機器人具有通信聯系,則,,,?(是機器人的個數),否則。和是時刻第個機器人信息融合矩陣中的均值矢量和的第（）個分量；和是時刻第個機器人信息融合矩陣中的均值矢量和的第個分量；是第個機器人在時刻滿足均值為1方差為1的正態分布的一個隨機數；和是調節參數，并且滿足；是第個機器人在時刻的位置；是的第個分量；是在時刻第個機器人的通信范圍內的所有機器人所檢測到的最大濃度信息所對應的位置；是的第個分量；是在時刻第個機器人在所有歷史檢測到的濃度信息中最大濃度信息所對應的位置；是的第個分量；和這兩個位置信息能夠根據下式被分別計算：

其中，是一個數學符號，用來獲得函數的自變量；是函數映射，對于該問題是指與位置相對應的濃度值；和分別是第個機器人和第個機器人在（）時刻的位置,是連續時間的表示,主要說明在兩個離散時刻中間,機器人連續移動并獲得濃度信息和位置信息。