[发明专利]一种机器人主动搜寻定位气味源的方法

摘要

本发明公开了一种机器人主动搜寻定位气味源的方法。该方法首先对所使用的搜寻定位气味源的全向移动机器人进行设计。烟羽发现阶段机器人与风向呈90‑180°之间的任意夹角，沿上风向行驶；风速小于设定阈值时，机器人进行Z字形遍历法进行全面搜索，遇边界改变行驶方向。烟羽追踪阶段机器人进行变步长变角度的摇摆运动，并结合机器人本体的360°全向旋转运动，如果还未检测到气体，机器人沿顺时针方向做向前的螺旋线运动，同时机器人本体做360°的全向旋转运动。气味源定位阶段利用机器人所携带的激光测距传感器和气体传感器对疑似气味源周围的气体浓度测量来进行气味源判断，最终完成定位。相比传统的气味源搜寻方法，本方法更具有实用性和鲁棒性。

主权项

一种机器人主动搜寻定位气味源的方法，其特征在于包括以下步骤：步骤一，设计该方法中所使用的搜寻定位气味源的全向移动机器人：所述机器人采用具有全向移动功能的轮式结构；所述机器人的前部安装有五个气体传感器，五个气体传感器呈半圆状分布，相邻两个气体传感器之间的夹角为45°，其中一个气体传感器位于机器人正前方，用于检测气体的浓度，检测到的浓度在烟羽跟踪阶段决定机器人下一步的转向；所述机器人的顶部安装有风向传感器和风速传感器，用于检测环境中的风速和风向；所述机器人的侧面安装有三个激光测距传感器，呈半圆状分布，其中一个激光测距传感器位于机器人正前方，相邻两个激光测距传感器之间的夹角为90°，用于检测障碍物和最终气味源的确认；步骤二，机器人搜寻定位气味源，包括以下三个阶段：(I)烟羽发现阶段：机器人搜寻任务开始，首先利用风速传感器检测风速，当测量风速≤设定的风速阈值时，机器人采取Z字形遍历搜索法进行全面搜索，前进的同时结合机器人本体360°全向旋转，遇边界改变行驶方向；当测量风速＞设定的风速阈值时，风向传感器工作，机器人转向为与风向呈90‑180°之间的任意夹角，同时机器人本体进行360°旋转，并开始沿着上风向向前行驶；向前行驶后未检测到气体，遇到障碍后改变方向，朝着当前行驶方向的另一侧，与风向呈90‑180°之间的任意夹角继续沿上风向行驶，同时机器人本体进行360°旋转，直到检测到气体信息，烟羽发现阶段结束；(II)烟羽追踪阶段：机器人检测到烟羽后，调转机器人的方向，使机器人逆风前进直到检测到气味源，搜寻任务结束；如果逆风前进一段时间后，气体信息丢失，机器人根据五个气体传感器先前测得的气体浓度数据，设定初始步长值d0，机器人转向测得的平均浓度高的一侧，与当前前进方向的转角为22.5°，沿该方向前进d0，如果气体信息丢失，机器人本体旋转360°对周围的气体信息进行全方位检测，若重新检测到气体，继续逆风前进；如果未检测到气体信息，机器人停止前进，机器人向当前行驶方向的另一侧旋转45°，沿该方向前进2d0，如果气体信息丢失，机器人本体旋转360°对周围的气体信息进行全方位检测，若重新检测到气体，继续逆风前进；如果未检测到气体信息，机器人停止前进，机器人向当前行驶方向的另一侧旋转67.5°，沿该方向前进3d0，如果气体信息丢失，机器人本体旋转360°对周围的气体信息进行全方位检测，若重新检测到气体，继续逆风前进；如果未检测到气体信息，机器人停止前进，机器人向当前行驶方向的另一侧旋转90°，沿该方向前进4d0，如果气体信息丢失，机器人本体旋转360°对周围的气体信息进行全方位检测，若重新检测到气体，继续逆风前进；如果未检测到气体信息，机器人停止前进，机器人向当前行驶方向的另一侧旋转112.5°，沿该方向前进5d0，如果气体信息丢失，机器人本体旋转360°对周围的气体信息进行全方位检测，若重新检测到气体，继续逆风前进；如果未检测到气体信息，机器人停止前进，机器人向当前行驶方向的另一侧旋转135°，沿该方向前进6d0，如果气体信息丢失，机器人本体旋转360°对周围的气体信息进行全方位检测，若重新检测到气体，继续逆风前进；机器人在上述变步长变角度的摆动运动之后，如果还未检测到气体，机器人开始沿顺时针方向做向前的螺旋线运动，同时机器人本体做360°的全向旋转运动，顺时针移动两圈后，如果检测到气体信息，机器人继续逆风前进，如果未检测到气体信息，继续做同样的动作，直到检测到气体；(III)气味源定位阶段：气味源的定位需满足两个条件：气味源的浓度大于设定的阈值；气味源本身也是障碍物；当气体传感器测得的气体浓度大于预先设定的浓度阈值，利用激光测距传感器器进行障碍物检测；障碍物检测的方法是：机器人在障碍物附近进行圆周运动，同时机器人本体做360°的旋转运动，全面检测周围气体浓度是否发生大范围变化，当满足上述两个条件时，气味源定位完成，搜寻任务结束。