專利名稱：基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的多移動(dòng)機(jī)器人編隊(duì)系統(tǒng)和編隊(duì)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明設(shè)計(jì)了基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的多移動(dòng)機(jī)器人編隊(duì)系統(tǒng)和編隊(duì)方法，屬于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)和多移動(dòng)機(jī)器人控制領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)代社會(huì)的發(fā)展中，自動(dòng)化的機(jī)器人在發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。目前，機(jī)器人技術(shù)在向著智能化和網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā)展。在很多環(huán)境惡劣、任務(wù)繁重的場(chǎng)合，單個(gè)移動(dòng)機(jī)器人已經(jīng)無(wú)法代替人類完成復(fù)雜任務(wù)，更多地需要多個(gè)移動(dòng)機(jī)器人編隊(duì)組成一定的隊(duì)形，協(xié)作完成任務(wù)。此時(shí)，編隊(duì)的快速性、穩(wěn)定性和可靠性將直接影響多移動(dòng)機(jī)器人合作完成任務(wù)的質(zhì)量。所以，發(fā)明一種智能化、網(wǎng)絡(luò)化的多移動(dòng)機(jī)器人編隊(duì)系統(tǒng)和編隊(duì)方法就顯得十分重要。
目前，已有的多移動(dòng)機(jī)器人編隊(duì)系統(tǒng)和編隊(duì)方法都是通過(guò)在機(jī)器人上安裝多種復(fù)雜傳感器來(lái)感知外圍環(huán)境的基礎(chǔ)上完成的。對(duì)于編隊(duì)系統(tǒng)，在實(shí)現(xiàn)編隊(duì)行為時(shí)，需要配備昂貴、復(fù)雜的輔助傳感設(shè)備；對(duì)于編隊(duì)方法，在編隊(duì)控制的同時(shí)，還要采樣和處理多個(gè)傳感器的輸出信號(hào)，降低了控制系統(tǒng)的響應(yīng)速度。目前，在多移動(dòng)機(jī)器人編隊(duì)時(shí)，常見(jiàn)的傳感器有，視覺(jué)傳感器、超聲波測(cè)距傳感器和紅外測(cè)距傳感器。但是，每種傳感器都有其局限性，視覺(jué)傳感器易受光照的影響，在光照變?nèi)鯐r(shí)，會(huì)影響對(duì)圖像色彩和紋理識(shí)別的準(zhǔn)確性；超聲波測(cè)距傳感器的有效工作范圍較小，而且聲波的傳播受到介質(zhì)密度的影響，不適合于濃煙和火災(zāi)場(chǎng)合；紅外測(cè)距傳感器的方向性很強(qiáng)，測(cè)量距離很短。而且，傳感器的測(cè)量還受到物體的外形尺寸和運(yùn)動(dòng)速度的影響，測(cè)量精度不高。綜上所述，目前的多移動(dòng)機(jī)器人編隊(duì)系統(tǒng)成本較高，精度較低，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜，應(yīng)用場(chǎng)合受傳感器局限；相應(yīng)地，編隊(duì)方法也較復(fù)雜，響應(yīng)速度慢，控制上對(duì)傳感器檢測(cè)的反饋量敏感，穩(wěn)定性和可靠性較低，限制了其應(yīng)用。所以，需要一種簡(jiǎn)單可行、成本低、精度高、可靠性高、響應(yīng)速度快，并能夠廣泛推廣的多移動(dòng)機(jī)器人編隊(duì)系統(tǒng)和編隊(duì)方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有的多移動(dòng)機(jī)器人編隊(duì)系統(tǒng)和編隊(duì)方法的成本高、精度低、實(shí)現(xiàn)復(fù)雜、應(yīng)用范圍小、響應(yīng)速度慢、可靠性不高的問(wèn)題，提出基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的多移動(dòng)機(jī)器人編隊(duì)系統(tǒng)和編隊(duì)方法。本發(fā)明所述的基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的多移動(dòng)機(jī)器人編隊(duì)系統(tǒng)，它包括上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)(I)、I個(gè)網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)(2)、m個(gè)信標(biāo)節(jié)點(diǎn)(3)、I個(gè)主機(jī)器人節(jié)點(diǎn)(4)和k個(gè)從機(jī)器人節(jié)點(diǎn)
(5);其中主機(jī)器人節(jié)點(diǎn)⑷和從機(jī)器人節(jié)點(diǎn)(5)為移動(dòng)節(jié)點(diǎn)；所述網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)⑵、m個(gè)信標(biāo)節(jié)點(diǎn)(3)、主機(jī)器人節(jié)點(diǎn)⑷和k個(gè)從機(jī)器人節(jié)點(diǎn)(5)通過(guò)ZigBee協(xié)議共同構(gòu)成無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)；網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)⑵是網(wǎng)絡(luò)中通信的控制中心，用于實(shí)現(xiàn)上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)⑴和主機(jī)器人節(jié)點(diǎn)(4)之間的數(shù)據(jù)傳輸；
信標(biāo)節(jié)點(diǎn)(3)是位置已知的固定節(jié)點(diǎn)，用于廣播其自身坐標(biāo)位置信息；每個(gè)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，能夠和n個(gè)信標(biāo)節(jié)點(diǎn)(3)建立無(wú)線通信連接；主機(jī)器人節(jié)點(diǎn)(4)接收網(wǎng)管節(jié)點(diǎn)(2)發(fā)送的目標(biāo)點(diǎn)的位置信息，并向目標(biāo)點(diǎn)的位置自主導(dǎo)航，在自主導(dǎo)航的過(guò)程中，向從機(jī)器人節(jié)點(diǎn)(5)發(fā)送編隊(duì)指令信息，從機(jī)器人節(jié)點(diǎn)(5)根據(jù)接收到的編隊(duì)指令信息實(shí)現(xiàn)自主調(diào)整；m為大于或等于3的自然數(shù)，k為大于等于I的自然數(shù)。n為大于或等于3的自然數(shù)，而且n小于或等于m。 所述無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)是基于Zigbee協(xié)議構(gòu)建的。在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)組建時(shí)，網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)(2)負(fù)責(zé)建立穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)通信結(jié)構(gòu)，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中各個(gè)節(jié)點(diǎn)間的通信鏈路。在多移動(dòng)機(jī)器人編隊(duì)的過(guò)程中，網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)(2)用于向主機(jī)器人節(jié)點(diǎn)(4)發(fā)送目標(biāo)點(diǎn)位置等控制信息，同時(shí)接收主機(jī)器人節(jié)點(diǎn)(4)上傳的編隊(duì)信
肩、O所述編隊(duì)指令信息中包括主機(jī)器人坐標(biāo)位置、隊(duì)形結(jié)構(gòu)參數(shù)I和爐、主機(jī)器人的速度和航向角。主機(jī)器人節(jié)點(diǎn)(4)在編隊(duì)中的作用是，領(lǐng)導(dǎo)編隊(duì)向目標(biāo)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)。從機(jī)器人節(jié)點(diǎn)(5)在網(wǎng)絡(luò)中跟隨主機(jī)器人節(jié)點(diǎn)⑷運(yùn)動(dòng)，并保持穩(wěn)定的編隊(duì)隊(duì)形結(jié)構(gòu)。從機(jī)器人節(jié)點(diǎn)(5)具有自主調(diào)整能力，在接收到編隊(duì)指令信息后，能夠及時(shí)調(diào)整自身的運(yùn)行速度和航向，以達(dá)到期望隊(duì)形。從機(jī)器人節(jié)點(diǎn)(5)在編隊(duì)中的作用是，保持穩(wěn)定的隊(duì)形結(jié)構(gòu)。網(wǎng)絡(luò)中的所有主機(jī)器人節(jié)點(diǎn)和從機(jī)器人節(jié)點(diǎn)，能夠同時(shí)通過(guò)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的接收信號(hào)強(qiáng)度實(shí)時(shí)確定自身的行進(jìn)位置，而沒(méi)有借助于其它的外部傳感器，節(jié)約了系統(tǒng)硬件資源。在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)多移動(dòng)機(jī)器人的編隊(duì)，統(tǒng)一協(xié)調(diào)編隊(duì)隊(duì)形。每一個(gè)移動(dòng)機(jī)器人都是無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的一個(gè)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)，受到網(wǎng)絡(luò)的約束和統(tǒng)一管理。多移動(dòng)機(jī)器人的編隊(duì)和保持隊(duì)形的移動(dòng)是通過(guò)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的通信完成的，沒(méi)有使用用于檢測(cè)外部環(huán)境中物體或者測(cè)距的傳感器，降低了系統(tǒng)成本。信標(biāo)節(jié)點(diǎn)3是位置已知的固定節(jié)點(diǎn)，在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中它與其有效通信范圍內(nèi)的所有移動(dòng)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信，根據(jù)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)通信模型，可以由接收信號(hào)強(qiáng)度(RSSI)計(jì)算出信號(hào)傳輸距離，即信標(biāo)節(jié)點(diǎn)3與移動(dòng)節(jié)點(diǎn)間的距離，由此，當(dāng)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)同時(shí)與3個(gè)以上的信標(biāo)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信時(shí)，可以根據(jù)接收信號(hào)強(qiáng)度，確定自身位置。為減小計(jì)算的復(fù)雜度，采用信號(hào)強(qiáng)度最大的前n個(gè)信標(biāo)節(jié)點(diǎn)參與計(jì)算，所述n是大于2的整數(shù)。這種方法的定位精度高，而且不受物體的外形尺寸和運(yùn)動(dòng)速度的影響。應(yīng)用于上述多移動(dòng)機(jī)器人編隊(duì)系統(tǒng)的基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的多移動(dòng)機(jī)器人編隊(duì)方法中，主機(jī)器人節(jié)點(diǎn)的任務(wù)有一、根據(jù)上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)⑴發(fā)送的目標(biāo)點(diǎn)的信息實(shí)現(xiàn)自主導(dǎo)航向目標(biāo)勻速移動(dòng)；二、接收網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)發(fā)送的指令信息；三、接收所有從機(jī)器人反饋的隊(duì)形信息；四、向網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)上傳隊(duì)形信息；每個(gè)從機(jī)器人節(jié)點(diǎn)的任務(wù)有
—、接收主機(jī)器人的隊(duì)形指令；二、保持隊(duì)形中的I-爐運(yùn)動(dòng)；三、向主機(jī)器人發(fā)送隊(duì)形信息，所述隊(duì)形信息包括其自身的位置信息，以及行進(jìn)速度和航向角。本發(fā)明所述的多移動(dòng)機(jī)器人編隊(duì)方法為改進(jìn)的leader-follower方法，I個(gè)主機(jī)器人帶領(lǐng)k個(gè)從機(jī)器人運(yùn)動(dòng)。充分發(fā)揮了無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢(shì)，采用分布式的控制方式，實(shí)時(shí)反饋從機(jī)器人的隊(duì)形信息，在行進(jìn)過(guò)程對(duì)編隊(duì)進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整。相比于傳統(tǒng)的leader-fol lower方法，改進(jìn)的編隊(duì)方法的優(yōu)點(diǎn)主要體現(xiàn)在三個(gè)方 面。第一，在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的通信支持下，編隊(duì)的精度和穩(wěn)定性更高。在leader-fol lower方法中，控制距離I和角度P是一種簡(jiǎn)單、有效的方式。其中，I和供分別是主、從機(jī)器人之間的相對(duì)距離，及主、從機(jī)器人之間連線和主機(jī)器人航向間的夾角。但是傳統(tǒng)的leader-fol lower方法中直接測(cè)量I和爐，此時(shí),移動(dòng)機(jī)器人的外形和運(yùn)動(dòng)速度都會(huì)影響測(cè)量的準(zhǔn)確性，而且無(wú)法對(duì)多個(gè)從機(jī)器人同時(shí)控制，這些都會(huì)導(dǎo)致編隊(duì)的隊(duì)形精度變差。在改進(jìn)后的leader-follower方法中，建立了基于地磁方向的大地坐標(biāo)系，可以在網(wǎng)絡(luò)中方便、準(zhǔn)確地得到移動(dòng)機(jī)器人的位置信息。在控制編隊(duì)隊(duì)形時(shí)，輸入量和反饋量均為移動(dòng)機(jī)器人的坐標(biāo)值。再由坐標(biāo)值計(jì)算得到的I和設(shè)會(huì)更加準(zhǔn)確，而且，可以同時(shí)計(jì)算多個(gè)移動(dòng)機(jī)器人的相對(duì)距離I和角度爐，所以編隊(duì)的精度和穩(wěn)定性也更高。第二，采用基于任務(wù)的控制方式，對(duì)主、從機(jī)器人分別分配不同的任務(wù)，在編隊(duì)過(guò)程中，機(jī)器人只要完成分配給自身的任務(wù)，這樣減小了編隊(duì)控制的復(fù)雜程度，提高了編隊(duì)的效率。在傳統(tǒng)的leader-follower控制方法中，主、從機(jī)器人的任務(wù)不明確，當(dāng)隊(duì)形發(fā)生變化時(shí)，對(duì)主、從機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)情況都會(huì)產(chǎn)生影響，增加了控制的復(fù)雜程度。尤其是主機(jī)器人是整個(gè)編隊(duì)控制的核心，需要檢測(cè)各從機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，并完成大部分的編隊(duì)控制算法，這種集中式的控制結(jié)構(gòu)嚴(yán)重影響了編隊(duì)效率。在改進(jìn)算法中，結(jié)合無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)，將編隊(duì)任務(wù)分配到多個(gè)節(jié)點(diǎn)中，分布式完成。主機(jī)器人只需完成自主導(dǎo)航，并向從機(jī)器人提供隊(duì)形指令信號(hào)；從機(jī)器人根據(jù)指令和自身的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，對(duì)自身進(jìn)行調(diào)整，自主地完成編隊(duì)，提高了整體的編隊(duì)效率。第三，在隊(duì)形控制中，增加了速度和航向的實(shí)時(shí)反饋，減小了隊(duì)形控制的響應(yīng)時(shí)間。在傳統(tǒng)的leader-follower控制方法中，只是對(duì)從機(jī)器人跟隨主機(jī)器人的位置信息，SPI和爐進(jìn)行控制。而改進(jìn)后的方法中，不僅控制位置信息，還對(duì)從機(jī)器人行進(jìn)中的位姿信息，即速度和航向進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，以保證其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)能夠始終與主機(jī)器人保持一致。這樣使得在從機(jī)器人的航向角發(fā)生偏差時(shí)，能及時(shí)調(diào)整和糾正，避免偏差增大，影響編隊(duì)隊(duì)形。所以，增加速度和航向的反饋控制，能夠提高行進(jìn)過(guò)程中隊(duì)形的穩(wěn)定性和調(diào)整的快速性。


圖I是本發(fā)明所述的基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的多移動(dòng)機(jī)器人編隊(duì)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明所述的多移動(dòng)機(jī)器人編隊(duì)系統(tǒng)在大地坐標(biāo)系中行進(jìn)的示意圖；圖3是本發(fā)明所述的基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的多移動(dòng)機(jī)器人編隊(duì)方法中的機(jī)器人任務(wù)分配圖。
具體實(shí)施例方式具體實(shí)施方式
一參見(jiàn)圖I說(shuō)明本實(shí)施方式。本實(shí)施方式所述的基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的多移動(dòng)機(jī)器人編隊(duì)系統(tǒng)包括上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)(1)、1個(gè)網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)(2)、m個(gè)信標(biāo)節(jié)點(diǎn)
(3)、I個(gè)主機(jī)器人節(jié)點(diǎn)(4)和k個(gè)從機(jī)器人節(jié)點(diǎn)(5);其中主機(jī)器人節(jié)點(diǎn)(4)和從機(jī)器人節(jié)點(diǎn)(5)為移動(dòng)節(jié)點(diǎn)；所述網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)⑵、m個(gè)信標(biāo)節(jié)點(diǎn)(3)、主機(jī)器人節(jié)點(diǎn)⑷和k個(gè)從機(jī)器人節(jié)點(diǎn)(5)通過(guò)ZigBee協(xié)議共同構(gòu)成無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)；網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)⑵是網(wǎng)絡(luò)中通信的控制中心，用于實(shí)現(xiàn)上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)⑴和主機(jī)器人節(jié)點(diǎn)(4)之間的數(shù)據(jù)傳輸；信標(biāo)節(jié)點(diǎn)(3)是位置已知的固定節(jié)點(diǎn)，用于廣播其自身坐標(biāo)位置信息；
每個(gè)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，能夠和n個(gè)信標(biāo)節(jié)點(diǎn)(3)建立無(wú)線通信連接；主機(jī)器人節(jié)點(diǎn)(4)接收網(wǎng)管節(jié)點(diǎn)(2)發(fā)送的目標(biāo)點(diǎn)的位置信息，并向目標(biāo)點(diǎn)的位置自主導(dǎo)航，在自主導(dǎo)航的過(guò)程中，向從機(jī)器人節(jié)點(diǎn)(5)發(fā)送編隊(duì)指令信息，從機(jī)器人節(jié)點(diǎn)(5)根據(jù)接收到的編隊(duì)指令信息實(shí)現(xiàn)自主調(diào)整；m為大于或等于3的自然數(shù)，k為大于等于I的自然數(shù)。n為大于或等于3的自然數(shù)，而且n小于或等于m。所述無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)是基于Zigbee協(xié)議構(gòu)建的。在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)組建時(shí)，網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)(2)負(fù)責(zé)建立穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)通信結(jié)構(gòu)，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中各個(gè)節(jié)點(diǎn)間的通信鏈路。在多移動(dòng)機(jī)器人編隊(duì)的過(guò)程中，網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)(2)用于向主機(jī)器人節(jié)點(diǎn)(4)發(fā)送目標(biāo)點(diǎn)位置等控制信息，同時(shí)接收主機(jī)器人節(jié)點(diǎn)(4)上傳的編隊(duì)信
肩、O所述編隊(duì)指令信息中包括主機(jī)器人坐標(biāo)位置、隊(duì)形結(jié)構(gòu)參數(shù)I和-、主機(jī)器人的速度和航向角。主機(jī)器人節(jié)點(diǎn)(4)在編隊(duì)中的作用是，領(lǐng)導(dǎo)編隊(duì)向目標(biāo)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)。從機(jī)器人節(jié)點(diǎn)(5)在網(wǎng)絡(luò)中跟隨主機(jī)器人節(jié)點(diǎn)⑷運(yùn)動(dòng)，并保持穩(wěn)定的編隊(duì)隊(duì)形結(jié)構(gòu)。從機(jī)器人節(jié)點(diǎn)(5)具有自主調(diào)整能力，在接收到編隊(duì)指令信息后，能夠及時(shí)調(diào)整自身的運(yùn)行速度和航向，以達(dá)到期望隊(duì)形。從機(jī)器人節(jié)點(diǎn)(5)在編隊(duì)中的作用是，保持穩(wěn)定的隊(duì)形結(jié)構(gòu)。本實(shí)施方式所述的多移動(dòng)機(jī)器人編隊(duì)采用了無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，該技術(shù)的優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在三個(gè)方面。一是，利用網(wǎng)絡(luò)通信快速傳遞上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)I對(duì)整個(gè)編隊(duì)隊(duì)形的控制指令，并做到實(shí)時(shí)監(jiān)控編隊(duì)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)；二是，在移動(dòng)機(jī)器人之間，尤其是主機(jī)器人節(jié)點(diǎn)4和從機(jī)器人節(jié)點(diǎn)5之間快速傳遞隊(duì)形指令信息；三是，利用無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的信號(hào)傳輸模型，可以快速地確定移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的位置，并計(jì)算隊(duì)形結(jié)構(gòu)，而不用復(fù)雜而昂貴的外部傳感器。以上所述的多移動(dòng)機(jī)器人編隊(duì)系統(tǒng)在大地坐標(biāo)系中的運(yùn)動(dòng)情況如圖2所示。在某一時(shí)刻，主機(jī)器節(jié)點(diǎn)按照航向角0。向目標(biāo)點(diǎn)自主導(dǎo)航運(yùn)動(dòng)；1#從機(jī)器人跟隨主機(jī)器人運(yùn)動(dòng)，它在當(dāng)前位置與主機(jī)器人之間的相對(duì)距離為I1，相對(duì)角度為ft，速度Sv1，航向角為0lt)但是，根據(jù)編隊(duì)要求，它的期望位置與主機(jī)器人之間的相對(duì)距離為1。，相對(duì)角度為％，期望速度和航向與主機(jī)器人相同，即Vtl和00。在下一時(shí)刻，1#從機(jī)器人會(huì)調(diào)整速度和航向，向期望位置運(yùn)動(dòng)。最終，在調(diào)整之后，1#從機(jī)器人處于期望位置，它與主機(jī)器人之間的相對(duì)距離和角度均為期望值，同時(shí)其速度和航向角也和主機(jī)器人保持一致。
具體實(shí)施方式
二 本實(shí)施方式是對(duì)具體實(shí)施方式
一所述的基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的多移動(dòng)機(jī)器人編隊(duì)系統(tǒng)的進(jìn)一步限定，本實(shí)施方式中，上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)(I)內(nèi)嵌入有實(shí)時(shí)監(jiān)控軟件(1-1)，所述實(shí)時(shí)監(jiān)控軟件(1-1)用于對(duì)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，所述上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)(I)通過(guò)串行通信接口與網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)(2)實(shí)現(xiàn)串行通信。
具體實(shí)施方式
三本實(shí)施方式是對(duì)具體實(shí)施方式
一所述的基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的多移動(dòng)機(jī)器人編隊(duì)系統(tǒng)的進(jìn)一步限定，本實(shí)施方式中，網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)(2)包括網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)無(wú)線單片機(jī)系統(tǒng)(2-1)和網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)狀態(tài)指示模塊(2-3)，網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)無(wú)線單片機(jī)系統(tǒng)(2-1)具有無(wú)線射頻通信功能，該網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)無(wú)線單片機(jī)系統(tǒng)(2-1)發(fā)送狀態(tài)顯示數(shù)據(jù)給網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)狀態(tài)指示模塊(2-3)，所述網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)狀態(tài)指示模塊(2-3)用于顯示接收到的狀態(tài)顯示數(shù)據(jù)。本實(shí)施方式中所述的狀態(tài)顯示數(shù)據(jù)包括網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)的工作狀態(tài)以及對(duì)應(yīng)節(jié)點(diǎn)的 位置信息，所述工作狀態(tài)中包括正常和故障狀態(tài)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)及時(shí)地發(fā)出狀態(tài)指示。
具體實(shí)施方式
四本實(shí)施方式是對(duì)具體實(shí)施方式
一所述的基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的多移動(dòng)機(jī)器人編隊(duì)系統(tǒng)的進(jìn)一步限定，本實(shí)施方式中，信標(biāo)節(jié)點(diǎn)(3)包括信標(biāo)節(jié)點(diǎn)無(wú)線單片機(jī)系統(tǒng)(3-1)和信標(biāo)節(jié)點(diǎn)狀態(tài)指示模塊(3-2);信標(biāo)節(jié)點(diǎn)無(wú)線單片機(jī)系統(tǒng)(3-1)具有無(wú)線射頻通信功能，用于廣播其自身坐標(biāo)位置信息，信標(biāo)節(jié)點(diǎn)無(wú)線單片機(jī)系統(tǒng)(3-1)發(fā)送狀態(tài)顯示數(shù)據(jù)給信標(biāo)節(jié)點(diǎn)狀態(tài)指示模塊(3-2),所述信標(biāo)節(jié)點(diǎn)狀態(tài)指示模塊(3-2)將接收到的顯示數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示輸出。本實(shí)施方式中所述的狀態(tài)顯示數(shù)據(jù)包括該信標(biāo)節(jié)點(diǎn)的工作狀態(tài)和與其通信的移動(dòng)節(jié)點(diǎn)數(shù)目。
具體實(shí)施方式
五本實(shí)施方式是對(duì)具體實(shí)施方式
一所述的基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的多移動(dòng)機(jī)器人編隊(duì)系統(tǒng)的進(jìn)一步限定，本實(shí)施方式中，主機(jī)器人節(jié)點(diǎn)(4)包括主機(jī)器人無(wú)線單片機(jī)系統(tǒng)(4-1)、主機(jī)器人航向角檢測(cè)模塊(4-2)和主機(jī)器人電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊(4-3);主機(jī)器人無(wú)線單片機(jī)系統(tǒng)(4-1)具有無(wú)線通信功能，用于接收信標(biāo)節(jié)點(diǎn)(3)廣播的坐標(biāo)位置信息，該主機(jī)器人無(wú)線單片機(jī)系統(tǒng)(4-1)還用于根據(jù)接收到的多個(gè)信標(biāo)節(jié)點(diǎn)(3)廣播的坐標(biāo)位置信息的信號(hào)強(qiáng)度和坐標(biāo)值獲得自身的位置坐標(biāo)，還用于根據(jù)目標(biāo)點(diǎn)的位置信息、自身的位置坐標(biāo)和主機(jī)器人航向角檢測(cè)模塊(4-2)發(fā)送的當(dāng)前航向信息產(chǎn)生電機(jī)驅(qū)動(dòng)PWM控制信號(hào)，并將該電機(jī)驅(qū)動(dòng)PWM控制信號(hào)發(fā)送給主機(jī)器人電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊(4-3);主機(jī)器人航向角檢測(cè)模塊(4-2)用于檢測(cè)所在主機(jī)器人節(jié)點(diǎn)(4)在大地坐標(biāo)系的航向，并將該航向信息發(fā)送給主機(jī)器人無(wú)線單片機(jī)系統(tǒng)(4-1);電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊(4-3)根據(jù)接收的電機(jī)驅(qū)動(dòng)PWM控制信號(hào)產(chǎn)生電機(jī)驅(qū)動(dòng)信號(hào)，并驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的電機(jī)工作，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)主機(jī)器人運(yùn)動(dòng)方向的調(diào)整。本實(shí)施方式中，所述主機(jī)器人航向角檢測(cè)模塊(4-2)采用地磁傳感器實(shí)現(xiàn)。主機(jī)器人節(jié)點(diǎn)4在自主導(dǎo)航的過(guò)程中，不斷地調(diào)整自身航向，使其指向目標(biāo)點(diǎn)方向。同時(shí)，主機(jī)器人節(jié)點(diǎn)4和從機(jī)器人節(jié)點(diǎn)5建立通信連接，將自身位置、速度和航向以及隊(duì)形結(jié)構(gòu)參數(shù)I和 >傳送給從機(jī)器人節(jié)點(diǎn)5。主機(jī)器人節(jié)點(diǎn)4只是向從機(jī)器人節(jié)點(diǎn)5傳送編隊(duì)的給定量信息，并不直接控制從機(jī)器人的速度和航向等具體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。此外，主機(jī)器人節(jié)點(diǎn)4也接收從機(jī)器人節(jié)點(diǎn)5上傳的編隊(duì)信息，以對(duì)隊(duì)形進(jìn)行整體監(jiān)控。在編隊(duì)行進(jìn)的過(guò)程中，主、從機(jī)器人之間的通信充分利用了無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)，可以及時(shí)傳送編隊(duì)信息，實(shí)現(xiàn)隊(duì)形的實(shí)時(shí)控制。
具體實(shí)施方式
六本實(shí)施方式是對(duì)具體實(shí)施方式
一所述的基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的多移動(dòng)機(jī)器人編隊(duì)系統(tǒng)的進(jìn)一步限定，本實(shí)施方式中，從機(jī)器人節(jié)點(diǎn)(5)包括從機(jī)器人無(wú)線單片機(jī)系統(tǒng)(5-1)、從機(jī)器人航向角檢測(cè)模塊(5-2)和從機(jī)器人電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊(5-3);從機(jī)器人無(wú)線單片機(jī)系統(tǒng)(5-1)具有無(wú)線通訊功能，從機(jī)器人無(wú)線單片機(jī)系統(tǒng)(5-1)用于接收信標(biāo)節(jié)點(diǎn)(3)廣播的坐標(biāo)位置信息，并根據(jù)接 收到的多個(gè)信標(biāo)節(jié)點(diǎn)(3)廣播的坐標(biāo)位置信息的信號(hào)強(qiáng)度和坐標(biāo)值獲得自身的位置坐標(biāo)；從機(jī)器人無(wú)線單片機(jī)系統(tǒng)(5-1)還用于根據(jù)編隊(duì)指令信息、自身的位置坐標(biāo)和從機(jī)器人航向角檢測(cè)模塊(5-2)發(fā)送的運(yùn)動(dòng)方向信息產(chǎn)生電機(jī)驅(qū)動(dòng)PWM控制信號(hào)，并將該電機(jī)驅(qū)動(dòng)PWM控制信號(hào)發(fā)送給主機(jī)器人電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊(4-3);從機(jī)器人航向角檢測(cè)模塊(5-2)用于檢測(cè)從機(jī)器人節(jié)點(diǎn)5在大地坐標(biāo)系中的運(yùn)動(dòng)方向，并將該運(yùn)動(dòng)方向信息發(fā)送給從機(jī)器人無(wú)線單片機(jī)系統(tǒng)(5-1);電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊(5-3)用于根據(jù)接收到的PWM控制信號(hào)產(chǎn)生電機(jī)驅(qū)動(dòng)信號(hào)，并驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的電機(jī)工作，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)從機(jī)器人運(yùn)動(dòng)方向的調(diào)整。本實(shí)施方式中，從機(jī)器人無(wú)線單片機(jī)系統(tǒng)(5-1)是從機(jī)器人的控制核心。從機(jī)器人節(jié)點(diǎn)5跟隨主機(jī)器人節(jié)點(diǎn)4保持一定的編隊(duì)隊(duì)形運(yùn)動(dòng)。從機(jī)器人節(jié)點(diǎn)5接收主機(jī)器人節(jié)點(diǎn)4的指令信息，同時(shí)它也具有一定的自我調(diào)整能力。從機(jī)器人節(jié)點(diǎn)5接收到的位置指令信息有，主機(jī)器人節(jié)點(diǎn)4的實(shí)時(shí)坐標(biāo)值以及隊(duì)形參數(shù)I和^。從機(jī)器人節(jié)點(diǎn)5再結(jié)合自身的坐標(biāo)值，可以計(jì)算出實(shí)時(shí)的隊(duì)形結(jié)構(gòu)參數(shù)，再通過(guò)調(diào)整速度和航向，保證結(jié)構(gòu)參數(shù)I和^與給定值一致。此外，從機(jī)器人節(jié)點(diǎn)5接收到的位姿指令信息為主機(jī)器人節(jié)點(diǎn)4的速度和航向，從機(jī)器人節(jié)點(diǎn)5在跟隨運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，還要實(shí)時(shí)地保證位姿與主機(jī)器人節(jié)點(diǎn)5保持一致。在從機(jī)器人節(jié)點(diǎn)5運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，同樣要接收多個(gè)信標(biāo)節(jié)點(diǎn)3廣播的位置信息，以對(duì)自身實(shí)時(shí)定位。從機(jī)器人節(jié)點(diǎn)5不和網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)2直接通信，它將自身的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)上傳至主機(jī)器人節(jié)點(diǎn)4。本實(shí)施方式中所述的從機(jī)器人航向角檢測(cè)模塊(5-2)可以采用地磁傳感器實(shí)現(xiàn)，地磁傳感器型號(hào)為HMC1022。本發(fā)明所述的基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的多移動(dòng)機(jī)器人編隊(duì)系統(tǒng)中，網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)無(wú)線單片機(jī)系統(tǒng)2-1、信標(biāo)節(jié)點(diǎn)無(wú)線單片機(jī)系統(tǒng)3-1均可采用型號(hào)為CC2430的無(wú)線單片機(jī)實(shí)現(xiàn)。主機(jī)器人節(jié)點(diǎn)無(wú)線單片機(jī)系統(tǒng)4-1和從機(jī)器人節(jié)點(diǎn)無(wú)線單片機(jī)系統(tǒng)均可采用型號(hào)為CC2431的無(wú)線單片機(jī)實(shí)現(xiàn)，該型號(hào)的無(wú)線單片機(jī)內(nèi)部集成了定位引擎模塊，它能夠利用多個(gè)信標(biāo)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行定位。網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)狀態(tài)指示模塊2-3和信標(biāo)節(jié)點(diǎn)狀態(tài)指示模塊3-2可以采用液晶IXD顯示器實(shí)現(xiàn)。
具體實(shí)施方式
五或六所述的技術(shù)方案中，所述根據(jù)接收到的n個(gè)信標(biāo)節(jié)點(diǎn)(3)廣播的坐標(biāo)位置信息的信號(hào)強(qiáng)度和坐標(biāo)值獲得自身的位置的過(guò)程中，當(dāng)n大于8時(shí)，選擇信號(hào)強(qiáng)度最大的8個(gè)信標(biāo)節(jié)點(diǎn)(3)的坐標(biāo)值和信號(hào)強(qiáng)度值計(jì)算獲得自身的位置；當(dāng)n小于等于8時(shí)，選擇接收到的n個(gè)信標(biāo)節(jié)點(diǎn)(3)的坐標(biāo)值和信號(hào)強(qiáng)度值計(jì)算自身的位置。
具體實(shí)施方式
七用于具體實(shí)施方式
一至六所述的多移動(dòng)機(jī)器人編隊(duì)系統(tǒng)的基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的多移動(dòng)機(jī)器人編隊(duì)方法中，主機(jī)器人節(jié)點(diǎn)的任務(wù)有五、根據(jù)上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)⑴發(fā)送的目標(biāo)點(diǎn)的信息實(shí)現(xiàn)自主導(dǎo)航向目標(biāo)勻速移動(dòng)；六、接收網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)發(fā)送的指令信息；七、接收所有從機(jī)器人反饋的隊(duì)形信息；八、向網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)上傳隊(duì)形信息；每個(gè)從機(jī)器人節(jié)點(diǎn)的任務(wù)有四、接收主機(jī)器人的隊(duì)形指令；、
五、保持隊(duì)形中的I- p運(yùn)動(dòng)。六、向主機(jī)器人發(fā)送隊(duì)形信息，所述隊(duì)形信息包括其自身的位置信息，以及行進(jìn)速度和航向角。本實(shí)施方式所述的基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的編隊(duì)方法實(shí)際上是一種改進(jìn)的leader-follower方法。結(jié)合本發(fā)明的編隊(duì)系統(tǒng)，將移動(dòng)機(jī)器人分為主機(jī)器人節(jié)點(diǎn)(leader)和從機(jī)器人節(jié)點(diǎn)(follower)兩類，結(jié)合無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)，將主、從機(jī)器人的任務(wù)明確化，平衡主、從機(jī)器人之間的任務(wù)分配，具體任務(wù)分配參見(jiàn)圖3所示。主機(jī)器人的任務(wù)分為四個(gè)具體部分，即自主導(dǎo)航、接收網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)指令、接收從機(jī)器人隊(duì)形反饋和向網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)上傳隊(duì)形信息。由此可以看出，主機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)是在網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)指令作用下的自主導(dǎo)航，并不受到從機(jī)器人的影響，這樣提高了隊(duì)形整體向目標(biāo)點(diǎn)移動(dòng)的效率。同時(shí)，主機(jī)器人在導(dǎo)航的同時(shí)，向從機(jī)器人發(fā)送編隊(duì)指令信息，引導(dǎo)從機(jī)器人保持編隊(duì)隊(duì)形，跟隨前進(jìn)。所以，主機(jī)器人在編隊(duì)中的主要作用為，引導(dǎo)編隊(duì)向目標(biāo)點(diǎn)移動(dòng)改進(jìn)的leader-follower方法中。從機(jī)器人的任務(wù)分為三個(gè)具體部分，即接收主機(jī)器人的隊(duì)形指令、保持隊(duì)形中的1-爐運(yùn)動(dòng)和向主機(jī)器人上傳隊(duì)形信息。由此可以看出，從機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)并不受到主機(jī)器人的直接控制，它只是接收主機(jī)器人的指令信息，并以此保持穩(wěn)定的隊(duì)形。與主機(jī)器人的導(dǎo)航不同的是，導(dǎo)航的目標(biāo)點(diǎn)位置是固定的，而從機(jī)器人的目標(biāo)的指令位置是跟隨主機(jī)器人在變化的。所以，從機(jī)器人在編隊(duì)中的主要作用為，保持穩(wěn)定的隊(duì)形結(jié)構(gòu)。本實(shí)施方式所述的編隊(duì)方法中，避免主機(jī)器人的任務(wù)過(guò)于繁重，從而提高整體的編隊(duì)效率。
具體實(shí)施方式
八本實(shí)施方式是對(duì)具體實(shí)施方式
七所述基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的多移動(dòng)機(jī)器人編隊(duì)方法的詳細(xì)說(shuō)明，本實(shí)施方式中，主機(jī)器人節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)其任務(wù)的過(guò)程包括如下步驟確定自身當(dāng)前的位置信息的步驟；確定自身當(dāng)前運(yùn)行方向的步驟；根據(jù)自身的當(dāng)前位置信息和運(yùn)行方向調(diào)整其航向角向目標(biāo)點(diǎn)靠近的步驟；控制自身保持勻速運(yùn)行的步驟；根據(jù)自身當(dāng)前的位置信息判斷編隊(duì)是否到達(dá)目標(biāo)點(diǎn)的步驟，當(dāng)判定到達(dá)目標(biāo)點(diǎn)時(shí)，編隊(duì)過(guò)程結(jié)束，執(zhí)行停止運(yùn)行的步驟和發(fā)送編隊(duì)結(jié)束命令給所有從機(jī)器人的步驟；發(fā)送隊(duì)形控制指令給所有從機(jī)器人的步驟，所述控制指令包括主機(jī)器人的實(shí)時(shí)坐標(biāo)位置、速度和航向角以及隊(duì)形結(jié)構(gòu)參數(shù)I和P。
具體實(shí)施方式
九本實(shí)施方式是對(duì)具體實(shí)施方式
七所述基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的多移動(dòng)機(jī)器人編隊(duì)方法的詳細(xì)說(shuō)明，本實(shí)施方式中，從機(jī)器人節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)其任務(wù)的過(guò)程包括如下步驟
確定自身當(dāng)前的位置信息的步驟；確定自認(rèn)當(dāng)前運(yùn)行方向的步驟；根據(jù)隊(duì)形控制指令，結(jié)合自身當(dāng)前的位置信息和運(yùn)行方向信息調(diào)整其航向步驟；判斷自身的編隊(duì)隊(duì)形是否出現(xiàn)偏差的步驟，并在判定出現(xiàn)偏差時(shí)，執(zhí)行計(jì)算偏差值大小的步驟，然后根據(jù)所述偏差值調(diào)整自身運(yùn)行狀態(tài)的步驟；判斷自身的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)與主機(jī)器人相比是否出現(xiàn)偏差的步驟，并在出現(xiàn)偏差時(shí)，執(zhí) 行計(jì)算偏差值的大小的步驟，然后根據(jù)所述偏差值調(diào)整自身運(yùn)行狀態(tài)的步驟。
權(quán)利要求
1.基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的多移動(dòng)機(jī)器人編隊(duì)系統(tǒng)，其特征在于，它包括上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)(I)、1個(gè)網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)(2)、m個(gè)信標(biāo)節(jié)點(diǎn)(3)、1個(gè)主機(jī)器人節(jié)點(diǎn)(4)和k個(gè)從機(jī)器人節(jié)點(diǎn)(5);其中主機(jī)器人節(jié)點(diǎn)⑷和從機(jī)器人節(jié)點(diǎn)(5)為移動(dòng)節(jié)點(diǎn)； 所述網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)(2)、m個(gè)信標(biāo)節(jié)點(diǎn)(3)、主機(jī)器人節(jié)點(diǎn)(4)和k個(gè)從機(jī)器人節(jié)點(diǎn)(5)通過(guò)ZigBee協(xié)議共同構(gòu)成無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)； 上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)⑴用于通過(guò)網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)⑵向主機(jī)器人節(jié)點(diǎn)⑷發(fā)送目標(biāo)點(diǎn)信息，并通過(guò)網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)(2)接收主機(jī)器人節(jié)點(diǎn)(4)和所有從機(jī)器人節(jié)點(diǎn)(5)組成的編隊(duì)狀態(tài)信息；網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)(2)是網(wǎng)絡(luò)中通信的控制中心，用于實(shí)現(xiàn)上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)(I)和主機(jī)器人節(jié)點(diǎn)⑷之間的數(shù)據(jù)傳輸； 信標(biāo)節(jié)點(diǎn)(3)是位置已知的固定節(jié)點(diǎn)，用于廣播其自身坐標(biāo)位置信息； 每個(gè)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，能夠和n個(gè)信標(biāo)節(jié)點(diǎn)(3)建立無(wú)線通信連接； 主機(jī)器人節(jié)點(diǎn)(4)接收網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)(2)發(fā)送的目標(biāo)點(diǎn)的位置信息，井向目標(biāo)點(diǎn)的位置自主導(dǎo)航，在自主導(dǎo)航的過(guò)程中，向從機(jī)器人節(jié)點(diǎn)(5)發(fā)送編隊(duì)指令信息， 從機(jī)器人節(jié)點(diǎn)(5)根據(jù)接收到的編隊(duì)指令信息實(shí)現(xiàn)自主調(diào)整；m為大于或等于3的自然數(shù)，k為大于等于I的自然數(shù)，n為大于或等于3的自然數(shù)，而且n小于或等于m。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的多移動(dòng)機(jī)器人編隊(duì)系統(tǒng)，其特征在于，上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)(I)內(nèi)嵌入有實(shí)時(shí)監(jiān)控軟件(1-1)，所述實(shí)時(shí)監(jiān)控軟件(1-1)用于對(duì)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，所述上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)(I)通過(guò)串行通信接ロ與網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)(2)實(shí)現(xiàn)串行通信。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的多移動(dòng)機(jī)器人編隊(duì)系統(tǒng)，其特征在干，網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)(2)包括網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)無(wú)線單片機(jī)系統(tǒng)(2-1)和網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)狀態(tài)指示模塊(2-3)，網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)無(wú)線單片機(jī)系統(tǒng)(2-1)具有無(wú)線射頻通信功能，該網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)無(wú)線單片機(jī)系統(tǒng)(2-1)發(fā)送狀態(tài)顯示數(shù)據(jù)給網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)狀態(tài)指示模塊(2-3)，所述網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)狀態(tài)指示模塊(2-3)用于顯示接收到的狀態(tài)顯示數(shù)據(jù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的多移動(dòng)機(jī)器人編隊(duì)系統(tǒng)，其特征在于，イM標(biāo)節(jié)點(diǎn)⑶包括信標(biāo)節(jié)點(diǎn)無(wú)線單片機(jī)系統(tǒng)(3-1)和信標(biāo)節(jié)點(diǎn)狀態(tài)指不模塊(3_2);イ目標(biāo)節(jié)點(diǎn)無(wú)線單片機(jī)系統(tǒng)(3-1)具有無(wú)線射頻通信功能，用于廣播其自身坐標(biāo)位置信息，信標(biāo)節(jié)點(diǎn)無(wú)線單片機(jī)系統(tǒng)(3-1)發(fā)送狀態(tài)顯示數(shù)據(jù)給信標(biāo)節(jié)點(diǎn)狀態(tài)指示模塊(3-2)，所述信標(biāo)節(jié)點(diǎn)狀態(tài)指示模塊(3-2)將接收到的顯示數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示輸出。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的多移動(dòng)機(jī)器人編隊(duì)系統(tǒng)，其特征在于，主機(jī)器人節(jié)點(diǎn)(4)包括主機(jī)器人無(wú)線單片機(jī)系統(tǒng)(4-1)、主機(jī)器人航向角檢測(cè)模塊(4-2)和主機(jī)器人電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊(4-3);主機(jī)器人無(wú)線單片機(jī)系統(tǒng)(4-1)具有無(wú)線通信功能，用于接收信標(biāo)節(jié)點(diǎn)(3)廣播的坐標(biāo)位置信息，該主機(jī)器人無(wú)線單片機(jī)系統(tǒng)(4-1)還用于根據(jù)接收到的n個(gè)信標(biāo)節(jié)點(diǎn)(3)廣播的坐標(biāo)位置信息的信號(hào)強(qiáng)度和坐標(biāo)值獲得自身的位置坐標(biāo)，還用于根據(jù)目標(biāo)點(diǎn)的位置信息、自身的位置坐標(biāo)和主機(jī)器人航向角檢測(cè)模塊(4-2)發(fā)送的當(dāng)前航向信息產(chǎn)生電機(jī)驅(qū)動(dòng)PWM控制信號(hào)，并將該電機(jī)驅(qū)動(dòng)PWM控制信號(hào)發(fā)送給主機(jī)器人電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊(4-3);主機(jī)器人航向角檢測(cè)模塊(4-2)用于檢測(cè)所在主機(jī)器人節(jié)點(diǎn)(4)在大地坐標(biāo)系的航向，并將該航向信息發(fā)送給主機(jī)器人無(wú)線單片機(jī)系統(tǒng)(4-1);電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊(4-3)根據(jù)接收的電機(jī)驅(qū)動(dòng)PWM控制信號(hào)產(chǎn)生電機(jī)驅(qū)動(dòng)信號(hào)，并驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的電機(jī)エ作，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)主機(jī)器人運(yùn)動(dòng)方向的調(diào)整。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的多移動(dòng)機(jī)器人編隊(duì)系統(tǒng)，其特征在于，從機(jī)器人節(jié)點(diǎn)(5)包括從機(jī)器人無(wú)線單片機(jī)系統(tǒng)(5-1)、從機(jī)器人航向角檢測(cè)模塊(5-2)和從機(jī)器人電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊(5-3);從機(jī)器人無(wú)線單片機(jī)系統(tǒng)(5-1)具有無(wú)線通訊功能，從機(jī)器人無(wú)線單片機(jī)系統(tǒng)(5-1)用于接收信標(biāo)節(jié)點(diǎn)(3)廣播的坐標(biāo)位置信息，并根據(jù)接收到的n個(gè)信標(biāo)節(jié)點(diǎn)(3)廣播的坐標(biāo)位置信息的信號(hào)強(qiáng)度和坐標(biāo)值獲得自身的位置坐標(biāo)；從機(jī)器人無(wú)線單片機(jī)系統(tǒng)(5-1)還用于根據(jù)編隊(duì)指令信息、自身的位置坐標(biāo)和從機(jī)器人航向角檢測(cè)模塊(5-2)發(fā)送的運(yùn)動(dòng)方向信息產(chǎn)生電機(jī)驅(qū)動(dòng)PWM控制信號(hào),并將該電機(jī)驅(qū)動(dòng)PWM控制信號(hào)發(fā)送給主機(jī)器人電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊(4-3);從機(jī)器人航向角檢測(cè)模塊(5-2)用于檢測(cè)從機(jī)器人節(jié)點(diǎn)5在大地坐標(biāo)系中的運(yùn)動(dòng)方向，并將該運(yùn)動(dòng)方向信息發(fā)送給從機(jī)器人無(wú)線單片機(jī)系統(tǒng)(5-1);電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊(5-3)用于根據(jù)接收到的PWM控制信號(hào)產(chǎn)生電機(jī)驅(qū)動(dòng)信號(hào)，并驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的電機(jī)工作，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)從機(jī)器人運(yùn)動(dòng)方向的調(diào)整。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的多移動(dòng)機(jī)器人編隊(duì)系統(tǒng)，其特征在于，所述根據(jù)接收到的n個(gè)信標(biāo)節(jié)點(diǎn)(3)廣播的坐標(biāo)位置信息的信號(hào)強(qiáng)度和坐標(biāo)值獲得自身的位置的過(guò)程中，當(dāng)n大于8時(shí)，選擇信號(hào)強(qiáng)度最大的8個(gè)信標(biāo)節(jié)點(diǎn)(3)的坐標(biāo)值和信號(hào)強(qiáng)度值計(jì)算獲得自身的位置；當(dāng)n小于等于8時(shí)，選擇接收到的n個(gè)信標(biāo)節(jié)點(diǎn)(3)的坐標(biāo)值和信號(hào)強(qiáng)度值計(jì)算自身的位置。
8.應(yīng)用于權(quán)利要求I所述的多移動(dòng)機(jī)器人編隊(duì)系統(tǒng)的基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的多移動(dòng)機(jī)器人編隊(duì)方法，其特征在干，該編隊(duì)方法中， 主機(jī)器人節(jié)點(diǎn)的任務(wù)有 一、根據(jù)上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)(I)發(fā)送的目標(biāo)點(diǎn)的信息實(shí)現(xiàn)自主導(dǎo)航向目標(biāo)勻速移動(dòng)； ニ、接收網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)發(fā)送的指令信息； 三、接收所有從機(jī)器人反饋的隊(duì)形信息； 四、向網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)上傳隊(duì)形信息； 每個(gè)從機(jī)器人節(jié)點(diǎn)的任務(wù)有 一、接收主機(jī)器人的隊(duì)形指令； ニ、保持隊(duì)形中的I-P運(yùn)動(dòng)； 三、向主機(jī)器人發(fā)送隊(duì)形信息，所述隊(duì)形信息包括其自身的位置信息，以及行進(jìn)速度和航向角。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的多移動(dòng)機(jī)器人編隊(duì)方法，其特征在于，主機(jī)器人節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)其任務(wù)的過(guò)程包括如下步驟 確定自身當(dāng)前的位置信息的步驟； 確定自身當(dāng)前運(yùn)行方向的步驟； 根據(jù)自身的當(dāng)前位置信息和運(yùn)行方向調(diào)整其航向角向目標(biāo)點(diǎn)靠近的步驟； 控制自身保持勻速運(yùn)行的步驟； 根據(jù)自身當(dāng)前的位置信息判斷編隊(duì)是否到達(dá)目標(biāo)點(diǎn)的步驟，當(dāng)判定到達(dá)目標(biāo)點(diǎn)時(shí)，編隊(duì)過(guò)程結(jié)束，執(zhí)行停止運(yùn)行的步驟和發(fā)送編隊(duì)結(jié)束命令給所有從機(jī)器人的步驟； 發(fā)送隊(duì)形控制指令給所有從機(jī)器人的步驟，所述控制指令包括主機(jī)器人的實(shí)時(shí)坐標(biāo)位置、速度和航向角以及隊(duì)形結(jié)構(gòu)參數(shù)I和P。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的多移動(dòng)機(jī)器人編隊(duì)方法，其特征在于，從機(jī)器人節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)其任務(wù)的過(guò)程包括如下步驟 確定自身當(dāng)前的位置信息的步驟； 確定自認(rèn)當(dāng)前運(yùn)行方向的步驟； 根據(jù)隊(duì)形控制指令，結(jié)合自身當(dāng)前的位置信息和運(yùn)行方向信息調(diào)整其航向步驟； 判斷自身的編隊(duì)隊(duì)形是否出現(xiàn)偏差的步驟，并在判定出現(xiàn)偏差時(shí)，執(zhí)行計(jì)算偏差值大小的步驟，然后根據(jù)所述偏差值調(diào)整自身運(yùn)行狀態(tài)的步驟； 判斷自身的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)與主機(jī)器人相比是否出現(xiàn)偏差的步驟，并在出現(xiàn)偏差吋，執(zhí)行計(jì)算偏差值的大小的步驟，然后根據(jù)所述偏差值調(diào)整自身運(yùn)行狀態(tài)的步驟。
全文摘要
基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的多移動(dòng)機(jī)器人編隊(duì)系統(tǒng)和編隊(duì)方法，屬于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)和多機(jī)器人控制領(lǐng)域。本發(fā)明解決了現(xiàn)有多機(jī)器人編隊(duì)中依賴多種傳感器，而導(dǎo)致的測(cè)量范圍和精度易受環(huán)境因素影響的問(wèn)題。本發(fā)明所述的多移動(dòng)機(jī)器人編隊(duì)系統(tǒng)中的網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)、多個(gè)信標(biāo)節(jié)點(diǎn)、多個(gè)主機(jī)器人節(jié)點(diǎn)和從機(jī)器人節(jié)點(diǎn)組成無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)，上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)通過(guò)串行通信端口與網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)通信，并實(shí)現(xiàn)對(duì)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)監(jiān)控；信標(biāo)節(jié)點(diǎn)作為固定節(jié)點(diǎn)為移動(dòng)節(jié)點(diǎn)提供位置信息支持。本發(fā)明的編隊(duì)方法采用上位機(jī)通過(guò)網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)將目標(biāo)點(diǎn)位置發(fā)送給主機(jī)器人節(jié)點(diǎn)，主、從機(jī)器人節(jié)點(diǎn)通過(guò)信標(biāo)節(jié)點(diǎn)確定自身位置，主機(jī)器人節(jié)點(diǎn)帶領(lǐng)所有從機(jī)器人節(jié)點(diǎn)向目標(biāo)點(diǎn)自主導(dǎo)航。
文檔編號(hào)G05D3/00GK102662377SQ20121015291
公開(kāi)日2012年9月12日 申請(qǐng)日期2012年5月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月17日
發(fā)明者丁明理, 呂飛, 莊麗麗, 楊冬梅, 郭福娟 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)