0 引言

    多傳感器數(shù)據(jù)融合技術(shù)源于軍事領(lǐng)域,，目前,，數(shù)據(jù)融合技術(shù)在機器人、工業(yè)控制、海洋監(jiān)視,、空中交通管制,、管理以及綜合導航等領(lǐng)域都有所運用^[1]。在機器人系統(tǒng)當中,，導航主要完成的是對視野當中的障礙物和圖標等進行識別,，引導機器人的方向，進而形成一條完美軌跡來使機器人達到目的地^[2],。當前,，在機器人導航中要求的測量精度日益提高，探測對象也比較復雜,，由于各傳感器可靠性和穩(wěn)定性各異,，因此必須區(qū)分對待；在實際導航中,，要求對傳感器數(shù)據(jù)進行實時集成,，以產(chǎn)生機器人控制信號和驅(qū)動器命令^[3]。通過實效的算法融合數(shù)據(jù),，可提高機器人導航時效性與準確性^[4],。本文基于模糊貼近度數(shù)據(jù)融合算法，研究了機器人系統(tǒng)當中用于高精度定位的算法,。

1 模糊貼近度數(shù)據(jù)融合的新算法

    在進行機器人相關(guān)的研究時,，不確定性的因素是比較多的，常規(guī)的情況是呈現(xiàn)正態(tài)分布,。假設(shè)有n個傳感器用于導航的拍攝過程中,，第i個傳感器進行真實值A(chǔ)的k次測量，測量值分別為x_i1,，x_i2,，…，x_ik,。第i個傳感器的標準差為σ_i,，其均值為x_i。設(shè)σ₀為多傳感器標準差,，x₀為多傳感器目標估計值,，計算公式如下：

2 仿真及其分析

    設(shè)在一個250 m×250 m的矩形區(qū)域內(nèi)，節(jié)點分布均勻,，根據(jù)網(wǎng)格形式部署節(jié)點,，確保節(jié)點間的連通性，這樣與基站建立連接的孤立節(jié)點將不會出現(xiàn),，節(jié)點數(shù)為N,，N的變化范圍為120～420,，仿真環(huán)境為NS2，參數(shù)設(shè)置見表1,，N個節(jié)點在仿真實驗中均帶有1個單位的電量,，數(shù)據(jù)包以102 kb/s的速率進行發(fā)送,。

    圖1為節(jié)點數(shù)不同時兩種算法的能耗和延遲,。由圖1知，在網(wǎng)絡(luò)部署相同時,，傳送的信息量隨節(jié)點數(shù)增多而增大,，各算法能耗相應增大。本文算法能耗低于貝葉斯數(shù)據(jù)融合算法,，性能相對穩(wěn)定,，維持的網(wǎng)絡(luò)壽命更長。同時,，本文算法執(zhí)行數(shù)據(jù)融合延遲較小,，因算法在運行時允許多個傳感器節(jié)點對數(shù)據(jù)融合過程進行啟動，數(shù)據(jù)融合并行進行,，可減少延遲,。

3 應用實例

3.1 數(shù)據(jù)融合新算法在機器人導航地標識別中的應用

    在機器人導航中，地標識別常用超聲波傳感器,，這個傳感器借助于脈沖飛行時間法的測量方式,。它的模型是在波帶開放角中固定，這種固定方式能夠保證傳感器接收距離是最短的,。在機器人系統(tǒng)導航定位當中,，假設(shè)有5個傳感器，那么就要進行4次距離測量,，圖2為測量值,，圖3為測量均值，圖4為測量標準差,。

    由圖2～圖4知,，穩(wěn)定性和可靠性最高的是第1個傳感器，接下來的順序是第3個,、第2個,、第4個和第5個。根據(jù)結(jié)果能夠?qū)γ總€傳感器的格貼近度和目標的估計值進行計算,，進而能夠得到不同傳感器相對應的權(quán)重,，具體權(quán)重值在圖5中列出。

    由圖5可知,，計算的各傳感器相對權(quán)重和其最終融合值,、測量均值間具有一致的接近程度。將這5個超聲波的傳感器綜合起來進行使用，測量融合值表示如下：

    實例分析表明,，本文算法具有較強的測量可靠性,、穩(wěn)定性，在數(shù)據(jù)融合中,，傳感器具有一定的優(yōu)越性,，測量結(jié)果準確性高；本文算法無需計算支持矩陣,、置信距離矩陣,、特征向量、最大特征值等參數(shù),，運算過程快速,、簡潔、有效,，可實現(xiàn)對機器人的實時導航,。基于模糊貼近度,，對多傳感器數(shù)據(jù)融合算法流程圖進行編寫,，分析機器人導航中發(fā)生的測量數(shù)據(jù)擾動，對融合結(jié)果的相對擾動進行計算,。圖6為數(shù)據(jù)融合新算法流程圖,。

3.2 數(shù)據(jù)融合新算法在機器人滅火處理中定位與導航

    通過無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的移動機器人定位與導航，實現(xiàn)對不同的節(jié)點和傳感器信息的融合處理,，機器人能夠獲得定位信息是因為接收到了可利用的信息,。在移動機器人上，安裝有外部傳感器,、內(nèi)部傳感器,、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點模塊。機器人模塊的運動模型：機器人運動的距離和行進位移能夠通過運動狀態(tài)借助于傳感器而獲得,，通過數(shù)據(jù)融合新算法,，將移動機器人的運動方向及位置坐標計算出。在實驗過程中,，使用移動機器人平臺Pioneer 2DX,，移動的機器人身上安裝一個能旋轉(zhuǎn)半圈的激光測距儀，能夠進行障礙物的躲避,，同時還有一個用于網(wǎng)絡(luò)通信的Mica2無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點,。在機器人移動的范圍內(nèi)，首先要設(shè)置9個節(jié)點的部署,，預編程處理后,，每個節(jié)點都能獲知其鄰節(jié)點的信息,。

    圖7為測得的平均值，在剛開始進行試驗時,，按預先設(shè)定的方向,，移動機器人開始移動，在接到節(jié)點命令后,，其行進方向才可改變,。對節(jié)點3、5,、6,、8,、9共5個不同目標節(jié)點進行10次定位導航實驗,，圖7顯示了移動機器人在完成了導航目標任務之后與目標節(jié)點之間的距離。在整個運動的過程當中,，機器人的運動距離為1 km,。機器人在安裝導航系統(tǒng)情況下都能夠到達目標的節(jié)點。

    圖8為移動機器人進行導航試驗的結(jié)果,，從A點開始運行至E點結(jié)束,，過程中要完成滅火的任務。其中的一個節(jié)點如果遇到火災的發(fā)生,，機器人會出現(xiàn)報警現(xiàn)象同時導航開始,。對移動機器人進行導航是整個算法的任務，從開始運行的位置到最后事件發(fā)生點,，實現(xiàn)運動導航,，從而將火撲滅。若移動機器人能找到一條最短路徑,，則沿著最短路徑行到達目標位置,，在距離目標節(jié)點3 m范圍內(nèi)停止。圖8結(jié)果顯示,，通過多傳感器數(shù)據(jù)融合算法的定位導航,，移動機器人可實現(xiàn)可靠、準確導航,。

4 結(jié)論

    本文基于模糊貼近度數(shù)據(jù)融合算法,，研究了移動機器人使用的多傳感器高精度數(shù)據(jù)融合算法。模糊了測量值和估計值,，同時計算了模糊格貼近程度,，在測量中各傳感器的權(quán)重通過格貼近度進行描述，借助于融合公式求出融合的具體結(jié)果,。本文根據(jù)現(xiàn)有的公式求出融合結(jié)果,，算法能提高機器人導航系統(tǒng)的測量技術(shù),，使其通用性更強，可靠性和測量的穩(wěn)定性更強,。通過實例分析,，本文提出的算法運算快速、簡潔,、有效,，可實現(xiàn)對機器人的實時導航，具有一定的實際應用價值,。

參考文獻

[1] 張品,，董為浩，高大冬.一種優(yōu)化的貝葉斯估計多傳感器數(shù)據(jù)融合方法[J].傳感技術(shù)學報,，2014,，27(5)：643-649.

[2] 任偉建，陳奕君.基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的移動機器人多傳感器數(shù)據(jù)融合研究[J].電子設(shè)計工程,，2014,，22(12)：5-9.

[3] 杜杉杉，吳昊,，張繼文,，等.一種面向AHRS的改進互補濾波融合算法[J].國外電子測量技術(shù)，2015(3)：13-18.

[4] 李金良,，孫友霞,，谷明霞，等.基于多傳感器融合的移動機器人SLAM[J].中國科技論文,，2012,，7(4)：312-317.

作者信息:

任  杰

(四川省裝備制造業(yè)機器人應用技術(shù)工程實驗室，四川 德陽618000)