試論多傳感器信息融合在機(jī)器人技術(shù)中的應(yīng)用

于水

摘 要：傳感器信息融合技術(shù)可以說是一門新興的技術(shù)，主要是在近幾年發(fā)展起來，在機(jī)器人領(lǐng)域應(yīng)用的前景較為廣闊。在充分融合多個(gè)傳感器的基礎(chǔ)之上我們可為系統(tǒng)以供一系列所需信息，同時(shí)可實(shí)現(xiàn)對(duì)其準(zhǔn)確性與精確性的保障。本文主要對(duì)傳感器信息融合在機(jī)器人技術(shù)中的應(yīng)用進(jìn)行仔細(xì)分析，微傳感器、智能傳感器和自適應(yīng)融合等是該項(xiàng)技術(shù)未來發(fā)展的主要趨勢(shì)與方向，同時(shí)對(duì)社會(huì)的進(jìn)步與發(fā)展也有極大的促進(jìn)作用。

關(guān)鍵詞：多傳感器；信息融臺(tái)；機(jī)器人

控制理論、信號(hào)處理、人工智能、概率和統(tǒng)計(jì)的發(fā)展是多傳感器信息融合技術(shù)所涉及的主要內(nèi)容，機(jī)器人在種復(fù)雜的、動(dòng)態(tài)的、不確定或未知的環(huán)境中工作所依靠的技術(shù)途徑主要是依靠多傳感器信息融合技術(shù)所提供。在充分融合多個(gè)傳感器感知數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上我們可實(shí)現(xiàn)對(duì)多傳感器信息融合的有效獲取，在這一過程中所產(chǎn)生的信息可從根本上實(shí)現(xiàn)對(duì)可靠性、準(zhǔn)確性以及精確性的獲取，同時(shí)可在真正意義上實(shí)現(xiàn)對(duì)信息不確定性的徹底消除。

一、多傳感器信息融臺(tái)的一般方法

信息融合的方法是多傳感器信息融合不可缺少的組成部分，同時(shí)在其中占據(jù)相當(dāng)重要的位置與地位，復(fù)雜性以及多樣性是其在實(shí)際應(yīng)用過程中所表現(xiàn)出的明顯特征，也是受到此種特征的影響多傳感器信息融合的內(nèi)容逐步分豐富，同時(shí)也會(huì)涉及到相當(dāng)多的理論基礎(chǔ)。在實(shí)際區(qū)分多傳感器信息融合算法的過程中我們可主要將其分為估計(jì)方法、分類方法、推理方法以及人工智能方法四種，在實(shí)際使用過程中可結(jié)合實(shí)際對(duì)上述算法進(jìn)行合理選擇。

參數(shù)模板法以及聚類分析是區(qū)分多傳感器信息融合算法的兩種主要依據(jù)。在非線性以及不確定的場(chǎng)合對(duì)人工智能方法進(jìn)行應(yīng)用具有不可替代的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)可實(shí)現(xiàn)對(duì)大量傳感器信息的充分融合。

專家系統(tǒng)在實(shí)際上就是一種計(jì)算機(jī)信息系統(tǒng)，主要是在人工智能的基礎(chǔ)上形成。高度非線性的超大規(guī)模連續(xù)時(shí)間自適應(yīng)信息處理系統(tǒng)是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的實(shí)質(zhì)與目標(biāo)。從多傳感器系統(tǒng)自身角度對(duì)其進(jìn)行分析后可以發(fā)現(xiàn)，通過信息源所提供的環(huán)境信息帶有一定程度的不確定性，這也可對(duì)其推理過程進(jìn)行直觀體現(xiàn)。

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在實(shí)際對(duì)分類標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行確定的過程必須實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)接受樣本的相似性的利用，同時(shí)在獲取知識(shí)的過程中也需要借助特定的學(xué)習(xí)算法，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)不確定性推理機(jī)制的獲取。

二、傳感器在機(jī)器人中的應(yīng)用

我們可將機(jī)器人看作為一項(xiàng)學(xué)科，其中需要涉及相當(dāng)廣泛的技術(shù)領(lǐng)域，傳感器以及控制技術(shù)在機(jī)器人中作為核心技術(shù)存在，多數(shù)機(jī)器人可在這一過程中實(shí)現(xiàn)對(duì)傳感器應(yīng)用的直觀體現(xiàn)，所以我們說在機(jī)器人領(lǐng)域所傳感器信息融合技術(shù)擁有相當(dāng)廣闊的發(fā)展空間。

HILARE是第一個(gè)應(yīng)用多傳感器信息來創(chuàng)建世界模型的可移動(dòng)機(jī)器人，它充分利用視覺、聽覺、激光測(cè)距傳感器所獲得的信息，以確保其能穩(wěn)定地工作在未知環(huán)境中。聽覺和視覺傳感器用來產(chǎn)生一個(gè)被層次化坐標(biāo)所分割的圖，視覺和激光測(cè)距傳感器用來感知環(huán)境中的三維區(qū)域格，并通過約束來提出無關(guān)的特征。每個(gè)傳感器的不確定性分析首先假設(shè)為高斯分布。

RANGER是卡內(nèi)基？梅隆大學(xué)機(jī)器人所在20世紀(jì)90年代中期研究的一種可移動(dòng)機(jī)器人。該系統(tǒng)包括一個(gè)狀態(tài)空間控制器、一個(gè)基于卡爾曼濾波的導(dǎo)航中心和一個(gè)自適應(yīng)感知中心。RANGER以一個(gè)全新的視角來看待高速自主以及安全性問題，認(rèn)為安全性需要可靠的模型來保證。一幅圖像的意義僅僅在于圖像處理過程，而不是明確的模型，尤其在比較粗糙的地域里，圖像之間的變化很大，計(jì)算起來很復(fù)雜，因此需要通過融合各種傳感器獲得的信息來確保模型的可靠性。

與超聲傳感器相比，紅外測(cè)距的準(zhǔn)確度不高，但紅外傳感器可以在短時(shí)間內(nèi)提供大量測(cè)量數(shù)據(jù)，易于安裝在掃描儀上以獲得全景圖像，而且它的波束極窄，與超聲傳感器固有的錐形波相比，更有優(yōu)勢(shì)。來自兩類不同的傳感器信息的融合可以潛在地提供關(guān)于機(jī)器人周圍的精確圖景，比的“三聽覺”超聲傳感系統(tǒng)，它由三個(gè)間距15cm的超聲傳感器排成一線，中間的作勾發(fā)射器和接收器，兩邊的只作為接收器。

通過三角測(cè)量，可以一次探測(cè)不止一個(gè)目標(biāo)：提供距離信息，測(cè)量被測(cè)物體相對(duì)于機(jī)器人的前進(jìn)方向的角度和物體的一些特征。在這一研究中，研究者們從不同的角度對(duì)通用的信息任何一種單獨(dú)的應(yīng)用效果要好的多。另有一個(gè)附加融臺(tái)手段進(jìn)行了實(shí)踐。

三、多傳感器信息融合技術(shù)的發(fā)展方向

目前多傳感器信息融合技術(shù)是一個(gè)十分活躍的研究領(lǐng)域，在這方面將來的發(fā)展方向有：多層次傳感器融合、微傳感器和智能傳感器、自適應(yīng)多傳感器融合。

1.多層次傳感器融合

由于單個(gè)傳感器具有不確定、觀測(cè)失誤和不完整性的弱點(diǎn)，因此單層數(shù)據(jù)融合限制了系統(tǒng)的能力和魯棒性。對(duì)于要求具有高的魯棒性和靈活性的先進(jìn)系統(tǒng)，可以采用多層次傳感器融合的方法。低層次融合方法可以融合多傳感器數(shù)據(jù)；中間層次融合方法可以融合數(shù)據(jù)和特征，得到融合的特征或決策；高層次融合方法可以融合特征和決策.得到最終的決策。

2.微傳感器和智能傳感器

傳感器在人們的日常生活中起著重要的作用，它就像人的五官一樣，是采集外部環(huán)境信息并處理信息的重要工具。傳感器的性能、價(jià)格和可靠性是衡量傳感器優(yōu)劣與否的重要標(biāo)志，然而許多有著優(yōu)良性能的傳感器由于其體積大而限制了它的應(yīng)用市場(chǎng)。

微電子技術(shù)的迅速發(fā)展使小型或微型傳感器的制造成為可能。智能傳感器將主處理、硬件和軟件集成在一起。如ParScientific公司研制的1000系列數(shù)字式石英智能傳感器。日本日立研究所研制的可以識(shí)別4種氣體的嗅覺傳感器。它在同一塊半導(dǎo)體基片上用離子注入法配置擴(kuò)散了壓差、靜壓和溫度3個(gè)敏感元件，整個(gè)傳感器還包括變換器、多路轉(zhuǎn)換器、脈沖調(diào)制、微處理器和數(shù)字量輸出接口等。

3.自適應(yīng)多傳感器融合

通常，多傳感器融合需要感知環(huán)境的精確信息。然而，在實(shí)際世界中，不能得到關(guān)于感知環(huán)境的精確信息，并且傳感器不可能確保一定正常工作。因此，對(duì)于各種各樣不確定情況，算法是十分必要的。現(xiàn)已研究出一些自適應(yīng)多傳感器融合算法來處理由于傳感器的不完善帶來的不確定性。

結(jié)語(yǔ)：近幾十年來，多傳感器信息融合技術(shù)得到了普遍的關(guān)注和廣泛的應(yīng)用，其理論與方法已成為智能信息處理的一個(gè)重要研究領(lǐng)域。本文概述了多傳感器信息融合的一般方法。在此基礎(chǔ)上，論述了信息融合技術(shù)在智能機(jī)器人上的應(yīng)用并提出這一研究領(lǐng)域的發(fā)展方向。

參考文獻(xiàn)：

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