本發(fā)明涉及電信技術(shù)領(lǐng)域的定位系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于無線傳感網(wǎng)絡(luò)的機器人定位系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在移動機器人的研究中，導航是最具挑戰(zhàn)性的能力之一。機器人需要采集自身傳感器的有用數(shù)據(jù)、判斷自身所在的位置及控制自身運動輸出等幾個方面的任務(wù)才能對導航有更好的保障。機器人導航所需要完成的任務(wù)中，機器人定位研究受到比較大的關(guān)注，在過去幾十年里也取得了比較大的進展。機器人智能水平高低的重要指標之一是器機器人自主運動的能力。移動機器人通過對外界環(huán)境的感知和自身狀態(tài)的判斷，從而實現(xiàn)在有障礙物的環(huán)境中運動，也就是實現(xiàn)了自主移動機器人的導航功能。
路徑規(guī)劃、任務(wù)規(guī)劃、地圖構(gòu)建以及定位是移動機器人導航技術(shù)主要研究的幾個問題。利用機器人當前姿態(tài)、預先確定的環(huán)境地圖信息以及傳感器測量值等信息經(jīng)過數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和處理后，得到當前機器人更加準確的位姿情況，確定機器人在其作業(yè)環(huán)境中所處位置的過程，也就是機器人定位。動機器人自主移動中一項最基本、最重要的功能是通過使用傳感器數(shù)據(jù)信息實現(xiàn)可靠的定位，機器人定位在移動機器人研究中倍受關(guān)注并且使得這項研究課題更加富有挑戰(zhàn)性。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
針對目前機器人定位發(fā)展中存在的定位精度不夠高、區(qū)域性差和處理定位誤差累積困難的現(xiàn)狀，提出一種機器人定位的可行性、穩(wěn)定性和定位精度均較高的基于無線傳感網(wǎng)絡(luò)的機器人定位系統(tǒng)來進行多機器人的定位。
為達到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種基于無線傳感網(wǎng)絡(luò)的機器人定位系統(tǒng)，包括主控模塊、定位模塊、無線模塊、上位機操作模塊、舵機控制模塊和移動模塊；所述定位模塊包括指南針和RFID射頻收發(fā)器，其結(jié)合所述指南針和RFID射頻收發(fā)器來定位機器人所處的實時位置，輸出將該實時位置信息傳遞給與之連接的所述主控模塊；所述主控模塊通過連接無線模塊將所接收的實時位置信息傳輸給上位機操作模塊，所述上位機操作模塊根據(jù)實時位置信息發(fā)出操作指令給主控模塊，所述主控模塊再將該操作指令傳送給與之連接的舵機控制模塊，所述舵機控制模塊連接安裝在機器人底部的移動模塊，能夠根據(jù)所接收的操作指令控制移動模塊的運行。
進一步地，所述主控模塊采用CY8C3866AXI-040芯片組成的控制板。
進一步地，所述指南針為電子指南針，其采用的是GY-26模塊；所述指南針與主控模塊之間采用I2C連接方式。
進一步地，所述無線模塊采用CC2530芯片組成的無線模塊，包括相互匹配的CC2530節(jié)點和CC2530協(xié)調(diào)器，其中，所述CC2530節(jié)點通過串口與主控模塊實現(xiàn)通信，所述CC2530協(xié)調(diào)器與上位機操作模塊通過串口和USB轉(zhuǎn)換模塊實現(xiàn)通信，所述CC2530節(jié)點和CC2530協(xié)調(diào)器通過無線網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)通信。
進一步地，所述舵機控制模塊采用的是360度連續(xù)旋轉(zhuǎn)機器人專用伺服舵機。
進一步地，所述上位機操作模塊為電腦。
進一步地，所述上位機操作模塊包括通信模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、顯示模塊和定位算法模塊；所述通信模塊連接無線模塊，用于實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸，并將所接收的數(shù)據(jù)傳給與之相連的數(shù)據(jù)處理模塊和顯示模塊，且能夠接收及傳輸與之相連的定位算法模塊發(fā)送的信息或者指令；所述顯示模塊用于顯示機器人的實時位置信息和運動軌跡，并能夠用于設(shè)置機器人的目標位置；所述數(shù)據(jù)處理模塊用于整合通信模塊所發(fā)送的數(shù)據(jù)，并根據(jù)指南針和RFID射頻收發(fā)器所得到的實時位置信息整合得到的位置整合信息發(fā)于定位算法模塊；所述定位算法模塊內(nèi)設(shè)迪杰斯特拉算法，并將所接收的位置整合信息和顯示模塊所設(shè)定的目標位置信息應(yīng)用至迪杰斯特拉算法中，得到機器人下一步的運行路徑，且生成操作指令發(fā)于通信模塊，所述通信模塊再將該操作指令傳遞給無線模塊。
進一步地，所述基于無線傳感網(wǎng)絡(luò)的機器人定位系統(tǒng)還包括紅外線傳感模塊和超聲波檢測模塊，所述紅外線傳感模塊和超聲波檢測模塊均用于檢測機器人運行過程所遇到的障礙物情況，并生成相應(yīng)的障礙物位置信息發(fā)于所述主控模塊，所述主控模塊再通過無線模塊發(fā)于上位機操作模塊，所述定位算法模塊在計算機器人運行的最短路徑時綜合障礙物存在情況計算得到機器人下一步運行的路徑。
本發(fā)明具有以下有益效果：
本發(fā)明通過指南針和RFID射頻收發(fā)器相結(jié)合的方式設(shè)計機器人的定位模塊，使得機器人定位更為精確，且在數(shù)據(jù)傳輸過程采用的是無線網(wǎng)絡(luò)傳輸方式，其數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定，速度快，并能夠避免系統(tǒng)中大量的電路設(shè)計，從而使得系統(tǒng)簡潔易維修，而在控制機器人行走過程，使用的舵機控制模塊能夠快速穩(wěn)定的反應(yīng)，從而促使機器人準確快速的響應(yīng)系統(tǒng)的指令。
附圖說明
圖1是本發(fā)明一種基于無線傳感網(wǎng)絡(luò)的機器人定位系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。
如下具體實施方式將結(jié)合上述附圖進一步說明本發(fā)明。
具體實施方式
請參閱圖1，在本發(fā)明的一種較佳實施方式中，一種基于無線傳感網(wǎng)絡(luò)的機器人定位系統(tǒng)，包括主控模塊、定位模塊、無線模塊、上位機操作模塊、舵機控制模塊和移動模塊。定位模塊包括指南針和RFID射頻收發(fā)器，其結(jié)合指南針和RFID射頻收發(fā)器來定位機器人所處的位置，輸出將該位置信息傳遞給與之連接的主控模塊；主控模塊通過連接無線模塊將所接收的位置信息傳輸給上位機操作模塊，上位機操作模塊根據(jù)位置信息發(fā)出操作指令給主控模塊，主控模塊再將該操作指令傳送給與之連接的舵機控制模塊，舵機控制模塊連接安裝在機器人底部的移動模塊。
其中，定位模塊用于實時獲知機器人所處的位置，其是通過安裝在機器人上的指南針和RFID射頻收發(fā)器來同時進行定位的，以獲得更為精確的定位信息；其中，指南針用于判斷機器人當前的角度方位，其為電子指南針，采用的是GY-26模塊，測量范圍為0～360度，測量精度為1度，響應(yīng)頻率15Hz，且具有重新標定功能；指南針與主控模塊之間采用I2C連接方式。
主控模塊用于集中接收或者發(fā)送數(shù)據(jù)信息或者操作指令，其采用的是CY8C3866AXI-040芯片組成的控制板，該控制板是基于8051CPU的高性能芯片，其供電電壓范圍為1.71～5.0V，能夠提供豐富的模擬和數(shù)字外設(shè)，并且具有獨特的可配置邏輯陣列等功能。主控模塊在與指南針、RFID射頻收發(fā)器、無線模塊和舵機控制模塊連接時，其芯片上的兩個UART外設(shè)分別連接RFID射頻收發(fā)器和無線模塊，兩路PWM連接舵機控制模塊，而采用若干數(shù)字引腳連接指南針。
無線模塊用于主控模塊與上位機操作模塊之間的數(shù)據(jù)傳輸，其利用的是無線網(wǎng)絡(luò)傳輸模式，方便快捷。無線模塊采用CC2530芯片組成，包括相互匹配的CC2530節(jié)點和CC2530協(xié)調(diào)器，其中，CC2530節(jié)點通過串口與主控模塊實現(xiàn)通信，CC2530協(xié)調(diào)器與上位機操作模塊通過串口和USB轉(zhuǎn)換模塊實現(xiàn)通信，而CC2530節(jié)點和CC2530協(xié)調(diào)器則通過無線網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)通信。CC2530芯片的系統(tǒng)集成化程度高，外設(shè)接口強大且豐富，其應(yīng)用電路所需要外部元件較少，從而使得所述機器人定位系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，線路簡便，易安裝。
上位機操作模塊用于接收主控模塊傳來的數(shù)據(jù)信息，并將該數(shù)據(jù)信息通過雅奇880圖示化編程軟件來顯示機器人所在坐標、指南針方位和機器人所在處的模擬地圖，同時，上位機操作模塊還能夠?qū)C器人的運動狀態(tài)和目標位置進行控制；優(yōu)選地，上位機操作模塊為電腦。
在本發(fā)明中，上位機操作模塊包括包括通信模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、顯示模塊和定位算法模塊；通信模塊連接無線模塊，用于實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸，并將所接收的數(shù)據(jù)傳給與之相連的數(shù)據(jù)處理模塊和顯示模塊，且能夠接收及傳輸與之相連的定位算法模塊發(fā)送的信息或者指令；顯示模塊用于顯示機器人的實時位置信息和運動軌跡，并能夠用于設(shè)置機器人的目標位置；數(shù)據(jù)處理模塊用于整合通信模塊所發(fā)送的數(shù)據(jù)，并根據(jù)指南針和RFID射頻收發(fā)器所得到的實時位置信息整合得到的位置整合信息發(fā)于定位算法模塊；定位算法模塊內(nèi)設(shè)迪杰斯特拉算法(Dijkstra算法)，并將所接收的位置整合信息和顯示模塊所設(shè)定的目標位置信息應(yīng)用至迪杰斯特拉算法中，得到機器人下一步運行的最短路徑，且生成操作指令發(fā)于通信模塊，通信模塊再將該操作指令傳遞給無線模塊，無線模塊通過主控模塊傳于舵機控制模塊。
舵機控制模塊用于根據(jù)主控模塊傳遞的信息控制移動模塊的運行，從而使機器人發(fā)生移動，優(yōu)選地，舵機控制模塊采用的是360度連續(xù)旋轉(zhuǎn)機器人專用伺服舵機，該舵機具有能量轉(zhuǎn)換效率高、激活制動響應(yīng)速度快、運行穩(wěn)定性可靠等優(yōu)點，且其精度和耐磨程等特點，有較廣泛的應(yīng)用市場，另外，其舵機反饋電位器可以在實際調(diào)試時對電機進行調(diào)零。
另外，本發(fā)明的機器人定位系統(tǒng)還包括檢測障礙物的紅外線傳感模塊和超聲波檢測模塊，該紅外線傳感模塊和超聲波檢測模塊用于檢測機器人運行過程所遇到的障礙物情況，并生成障礙物位置信息發(fā)于主控模塊，主控模塊再通過無線模塊發(fā)于上位機操作模塊，以使上位機操作模塊的定位算法模塊在計算機器人運行的最短路徑時綜合障礙物存在情況，進而得到機器人下一步運行的最短且能夠避開障礙物的最優(yōu)路徑。
本發(fā)明所設(shè)計的機器人定位系統(tǒng)是基于無線傳感網(wǎng)絡(luò)的機器人定位系統(tǒng)，其利用CY8C3866AXI-040芯片作為主控模塊與支持Z-Stack協(xié)議棧的CC2530無線模塊進行系統(tǒng)平臺的搭建，其中，主控模塊的CY8C3866AXI-040芯片具有資源豐富、處理速度很快、開發(fā)周期短等優(yōu)勢，而無線模塊的CC2530則集成度高，能夠集成無線發(fā)射電路，大大降低了定位系統(tǒng)的電路設(shè)計，提高了無線收發(fā)數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性，進而完成了系統(tǒng)功能的實現(xiàn)；另外，上位機操作系統(tǒng)可顯示機器人當前的位置信息，也可對機器人設(shè)定目標位置，并能夠根據(jù)當前位置信息和所設(shè)定的目標位置計算得到機器人行走的最短路徑，且在計算過程還考慮到機器人行走過程遇到的障礙物情況，使得機器人所行走的最佳路徑里能夠避免障礙物，且能夠快速達到目標位置，整個過程為一個自動化智能化過程，精確性也較高，因此，本發(fā)明所設(shè)計的基于無線傳感網(wǎng)絡(luò)的機器人定位系統(tǒng)是一個定位準確、計算精確的智能化系統(tǒng)，可用于機器人的定位與行走，便于人們使用機器人去進行室內(nèi)的勞動。
上述說明是針對本發(fā)明較佳可行實施例的詳細說明，但實施例并非用以限定本發(fā)明的專利申請范圍，凡本發(fā)明所提示的技術(shù)精神下所完成的同等變化或修飾變更，均應(yīng)屬于本發(fā)明所涵蓋專利范圍。