优秀研究生学位论文题录展示

面向反恐领域基于多源信息融合的机器人感知系统研究

专 业: 机械制造及其自动化
关键词: 反恐 领域 基于 多源信息融合 机器人 感知
分类号: X50  TP3
形 态: 共 111 页 约 72,705 个字 约 3.478 M内容
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内容摘要


随着智能控制技术、计算机和网络技术以及仿生学、人工智能等学科的飞速发展,智能移动机器人技术的研究越来越受到国内外学者的重视,机器人在国防安全系统、恶劣环境下作业以及服务行业中均有广泛的应用前景。

现阶段,机器人的研究应用领域不断拓宽,其中执行特殊任务的仿人形机器人的研究和应用尤其受到普遍关注,并成为智能机器人领域中最活跃的研究热点之一。

其头部感官包含了多种传感器,机器人对环境的感知就是依靠多感官信息来进行决策和判断。

在国家863 计划“危险化学反应器泄漏检测与修补移动机械手系统”和“211”工程重点项目的支持下,本文以三自由度机器人头部感知系统为研究对象,设计了机器人感知的三个子系统:

视觉子系统、听觉子系统、嗅觉子系统,建立了一个通过听觉传感器确定目标的初方位,通过CCD 摄像机对目标进行跟踪及精细定位,估计出的精确位置参数,通过嗅觉传感器来检测周围是否存在危险气体的机器人头部三自由度感知系统。

本文的创新性工作有:1、提出了应用模糊神经网络融合异质传感器的融合方法。

异质传感器采集的是不同性质、不同时域空间的信号,融合这些信息用常规的方法有一定的难度。

应用模糊神经网络融合多个传感器的低中高层次冗余互补信息,从而使机器人在未知环境下做出正确的判断和决策。

2、建立头部感知系统,提出了主动嗅觉的电子鼻结构,在气流通道采用后端主动导流,使气流连续通过鼻腔,形成连续不断的检测。

3、提出一种声源定位的新方法。

三个听觉传感器呈现等腰三角形分布,计算其信息采集过程中的时间延迟和几何关系判断声源的方位和距离,实验证明定位的距离、角度精度均达到预期的效果。

4、建立了人脸的椭圆形模型。

对于动态图像(即视频序列)中的每幅图像进行逐个检测,从各个相邻图像的检测结果中寻找细微差别,并对其进行分析,进而获得目标的空间位置变化,实现跟踪。

不变矩的使用,对于快速判断人脸椭圆模型以及质心的获得起到了关键性的作用,使实时跟踪达到了满意的效果。

5、建立了基于模糊神经网络的异质传感器融合模型与算法。

设计了各层的输入和输出,利用BP 算法调整模糊神经网络的权重和参数获得不同的隶属函数从而生成相应的模糊规则进行模糊决策,实现了对目标人的精确定位和实时跟踪。

并利用Matlab 仿真了机器人的感知过程,得到了实际输出和实验输出的误差曲线,验证了模糊神经网络对视听异质传感器融合的有效性。

机器人技术作为 20 世纪人类最伟大的发明之一,自 60 年代初问世以来,经历 40 多年的发展已取得长足的进步。

工业机器人在经历了诞生 — 成长 — 成熟期后,已成为制造业中不可缺少的核心装备。

同时随着社会的发展和人们生活水平的提高,各种各样的机器人也被开发出来去适应制造领域以外的各个行业1-2.这些机器人作为机器人家族的后起之秀,由于其用途广泛而大有后来居上之势,仿人形机器人、农业机器人、服务机器人、水下机器人、医疗机器人、军用机器人、娱乐机器人等各种用途的特种机器人纷纷面世,而且正以飞快的速度向实用化迈进。

其中移动机器人成为机器人学发展中的一个重要分支。

实际上早在60 年代,国外就有了关于移动机器人的研究。

发展到今天,移动机器人涉及到的各学科门类日益丰富,也给国内外的研究人员及学者提出了许多新的挑战,更由于其在军事侦察、排雷排险、防核污染等危险与恶劣环境具有广阔的应用,从而得到了普遍的关注1-4。

移动机器人逐渐应用于易爆、易燃物品的装配、搬运、挖掘、拆卸,以及消防灭火、防爆、反恐等高度危险环境,用于代替人类或辅助人类完成人所不能、不适或力所不及的工作,也被称作“危险作业移动机器人” 1-2.目前,危险作业移动机器人受到了世界各国尤其是发达国家的高度重视,许多国家都将其列入本国的高技术研究发展计划或国家的关键技术研究发展计划,如日本将其作为一个单独的研究发展计划,称为“极限作业机器人研究计划—R & D OF ROBOTICS IN EXTREME ENVIRONMENT”,随着各国对国家安全、社会治安等公共事业的高度重视,以防爆、反恐、消防灭火、排险救援等为特征的危险作业机器人发展十分迅速。

如美国的REMOTEC 防爆机器人、英国的“手推车”、“土拨鼠”、“野牛”系列防爆与排爆机器人。

在工业应用上,各种危险化学反应釜、危险品储罐及其管道的检测与维修机器人、核电站、输电线、变电站检查机器人发展同样十分迅速。

目前恐怖袭击已经成为对世界和平的最大威胁,据美国官方统计,1968 年国际恐怖主义事件有120起,1984 年增至652 起,1985 年第一季度就有200 起。

特别是美国的 “9·11”事件,在人们的心目中造成了极大的恐慌。

在“9·11”以后,美国遭到的炭疽菌的第二次恐怖袭击、奥姆真理教对日本东京地铁等多个目标发动的沙林毒气袭击、车臣恐怖分子在俄罗斯发动的一系列的恐怖袭击、以及我国的“东突”恐怖势力制造的一次次恐怖活动等。

当今整个世界已经笼罩在恐怖威胁的阴影中,反恐已经成为当今世界各国共同关注的主题。

由于恐怖分子经常采用爆炸性袭击、生化袭击等手段,因此给反恐战争带来了极大的危险。

因此,为了减少人员的伤亡,在世界的反恐战争中正在尝试使用机器人代替人完成一些高危险的工作,如在阿富汗战争中美国使用了“赫尔姆斯”机器人来侦察山洞;澳大利亚已经开始使用德国生产的名为“特夺”(Teodor)的反恐机器人来移动、销毁或引爆炸弹;我国也正在进行这方面的研究工作。

为了更加有效地搜寻恐怖分子和恐怖威胁,跟踪恐怖踪迹,研制具有声觉、视觉、嗅觉以及精确距离检测的多感官、能够有效融合各种信息的拟人机器人头部对反恐机器人来说是非常重要。

本课题在国家863 计划“危险化学反应器泄漏检测与修补移动机械手系统”和“211”工程重点项目的支持下,采用信息技术、传感技术、计算机技术、智能控制技术、机器人技术等用于反恐领域的机器人感知、智能决策与协调控制技术,研制在危险环境下作业的、具有自主知识产权和国际先进水平的、具有防爆和耐酸腐蚀以及耐毒气的反恐机器人感知系统..……

全文目录


文摘
英文文摘
第一章 绪论
第二章 多源信息的融合技术
第三章 基于模糊神经网络的多源信息融合技术
第四章 三自由度机器人头部感知系统
第五章 视觉跟踪技术
第六章 基于多源信息融合的反恐机器人感知系统实现
第七章 总结与展望
参考文献

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中图分类: > X50 > 环境科学、安全科学 > 环境污染及其防治 > 一般性问题
其他分类: > TP3 > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 计算技术、计算机技术

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