一種基于無線傳感網(wǎng)絡的移動機器人控制系統(tǒng)的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及無線傳感領域，尤其是一種基于無線傳感網(wǎng)絡的移動機器人控制系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]隨著社會經(jīng)濟、科學技術的發(fā)展，機器人的工作不再局限于單個機器人的控制，通過多個機器人之間的協(xié)同作業(yè)，可完成更為復雜的、具有關聯(lián)性的工作。無線傳感網(wǎng)絡由部屬在工作區(qū)域內的多個傳感節(jié)點組成，通過無線通信方式形成的一個多跳的、自組織的網(wǎng)絡系統(tǒng)，十分適用于多個移動機器人的無線控制系統(tǒng)，可有效降低系統(tǒng)成本，提高系統(tǒng)可擴展性。
[0003]在機器人定位方面，雖然GPS、激光雷達、圖像匹配、里程計等定位手段在某些場合可以完成定位任務，但在成本、精度、使用便捷性方面還存在諸多不足。
【實用新型內容】
[0004]為解決【背景技術】的不足，本實用新型的目的是提供一種基于無線傳感網(wǎng)絡的移動機器人控制系統(tǒng)。
[0005]為實現(xiàn)上述目的，本實用新型所采用的技術方案是:一種基于無線傳感網(wǎng)絡的移動機器人控制系統(tǒng)，其包括系統(tǒng)基站、信標節(jié)點和移動機器人，移動機器人包括電源模塊、控制模塊、無線通信模塊、感知模塊和運動模塊，其中，電源模塊，用于為各個模塊供電；無線通信模塊，用于移動機器人與系統(tǒng)基站、移動機器人與信標節(jié)點、移動機器人與移動機器人之間的無線數(shù)據(jù)傳輸；感知模塊，包括若干傳感器，用于采集信息，并傳送到控制模塊；控制模塊，用于信息處理，并將輸出的結果傳送到運動模塊；運動模塊，用于執(zhí)行控制模塊輸出的結果。
[0006]優(yōu)選的是，所述控制模塊包括主控電路和驅動電路，其中，主控電路用于實現(xiàn)信息處理，驅動電路用于輸出結果以驅動運動模塊。
[0007]優(yōu)選的是，所述運動模塊包括電機和車輪，驅動電路通過驅動電機來帶動車輪運轉。
[0008]優(yōu)選的是，所述信標節(jié)點均勻分布在系統(tǒng)基站四周。
[0009]優(yōu)選的是，所述信標節(jié)點采用4個。
[0010]本實用新型采用上述結構后，
[0011]I)移動機器人作為無線傳感網(wǎng)絡中的移動節(jié)點，可以實現(xiàn)監(jiān)測節(jié)點動態(tài)，并實現(xiàn)自定義部署來隨意擴展無線傳感網(wǎng)絡的監(jiān)測范圍，同時也是現(xiàn)場任務的執(zhí)行者，可采集現(xiàn)場數(shù)據(jù)或執(zhí)行控制任務；
[0012]2)系統(tǒng)基站用于對系統(tǒng)中所有移動機器人進行管理協(xié)調、收集和發(fā)布控制信息；
[0013]3)信標節(jié)點用于傳感網(wǎng)絡的定位，同時用于對移動機器人進行定位；
[0014]4)本系統(tǒng)通過多個移動機器人組成無線傳感網(wǎng)絡，各移動機器人之間協(xié)同作業(yè)完成具體任務，從而使無線傳感網(wǎng)絡變成一種具有主動監(jiān)測功能的工具，針對無線傳感網(wǎng)絡的特點，所采用的定位算法和信息收集算法均具有較高的能效性，本系統(tǒng)具有良好的可擴展性、通用性，市場應用前景廣闊。
【附圖說明】
[0015]圖1為本實用新型的系統(tǒng)示意圖。
[0016]圖2為本實用新型移動機器人的結構框圖。
【具體實施方式】
[0017]下面結合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明作進一步詳細說明:
[0018]如圖1所示，一種基于無線傳感網(wǎng)絡的移動機器人控制系統(tǒng)，包括軟件部分和硬件部分；其中軟件部分包括移動機器人定位算法和信息收集算法，所述定位算法采用信標節(jié)點來實現(xiàn)，所述信息收集算法采用距離閾值的判斷來實現(xiàn)；硬件部分包括移動機器人、系統(tǒng)基站和信標節(jié)點。
[0019]如圖2所示，一種基于無線傳感網(wǎng)絡的移動機器人控制系統(tǒng)，包括系統(tǒng)基站、信標節(jié)點和移動機器人，移動機器人包括電源模塊、控制模塊、無線通信模塊、感知模塊和運動模塊，其中，電源模塊，用于為各個模塊供電；無線通信模塊，用于移動機器人與系統(tǒng)基站、移動機器人與信標節(jié)點、移動機器人與移動機器人之間的無線數(shù)據(jù)傳輸；感知模塊，包括若干傳感器，用于采集信息，并傳送到控制模塊；控制模塊，用于信息處理，并將輸出的結果傳送到運動模塊；運動模塊，用于執(zhí)行控制模塊輸出的結果。
[0020]所述控制模塊包括主控電路和驅動電路，其中，主控電路用于實現(xiàn)信息處理，驅動電路用于輸出結果以驅動運動模塊。
[0021 ] 所述運動模塊包括電機和車輪，驅動電路通過驅動電機來帶動車輪運轉。
[0022]所述信標節(jié)點采用4個，并均勻分布在系統(tǒng)基站四周，系統(tǒng)基站在中心，信標節(jié)點為4個，成一個正方形分布式四周，當然可以更多，相對的，越多成本越高，理論上來說3個以上就能實現(xiàn)定位，但設置4個，是為了在正方形監(jiān)測區(qū)域內較均勻地分布。
[0023]一種基于無線傳感網(wǎng)絡的移動機器人控制系統(tǒng)的方法，包括
[0024]I)根據(jù)信標節(jié)點架構無線傳感網(wǎng)絡中信息的位置坐標；
[0025]2)在控制模塊中預設距離閾值；
[0026]3)移動機器人通過感知模塊完成工作任務；
[0027]4)控制模塊將移動機器人自身到系統(tǒng)基站的距離與預設的距離閾值進行比較判斷；
[0028]5)根據(jù)判斷結果，若距離系統(tǒng)基站距離小于或等于該閾值，則該移動機器人將任務數(shù)據(jù)直接傳輸?shù)较到y(tǒng)基站；若距離系統(tǒng)基站距離大于所設距離閾值，則移動機器人在距離系統(tǒng)基站距離小于所設閾值的移動機器人中選擇一個作為最優(yōu)節(jié)點Node。作為其下一跳節(jié)點，任務數(shù)據(jù)通過該最優(yōu)節(jié)點傳輸?shù)较到y(tǒng)基站。
[0029]最優(yōu)節(jié)點的選取方式是:
[0030]Node0= {Node 丨 min (d X)}
[0031]其中:山是移動機器人到下一跳節(jié)點的距離，d』是下一跳節(jié)點到系統(tǒng)基站的距離。
[0032]根據(jù)一階無線通信模型，傳輸能耗是和距離的平方成正比的，當移動機器人將自身到系統(tǒng)基站的距離大于所設距離閾值時，直接由移動機器人傳輸?shù)较到y(tǒng)基站的能耗是很高的，所以通過多跳的方式能降低能耗。理論上來說可以通過多跳(大于2跳)來傳輸，會更加節(jié)約能量，但是實際工程當中，多跳在技術上不易實現(xiàn)，所以在此選擇2跳方式。
[0033]上述最優(yōu)節(jié)點選取方法可使通信能耗最小化，在最優(yōu)節(jié)點確定后，移動機器人就把數(shù)據(jù)發(fā)送到該最優(yōu)節(jié)點，該最優(yōu)節(jié)點再把數(shù)據(jù)轉發(fā)到系統(tǒng)基站(即2跳方式)，從而完成數(shù)據(jù)上傳過程，該算法復雜度低，且可有效降低系統(tǒng)能耗。
[0034]還包括步驟，移動機器人根據(jù)信標節(jié)點位置定位自身位置，進一步的說，通過信標節(jié)點接收移動機器人反饋的信號的強弱來定位移動機器人的位置。
[0035]基于接收信號強度(RSSI)的定位技術根據(jù)已知節(jié)點的發(fā)射功率，在接收節(jié)點測量接收功率，使用理論或經(jīng)驗的信道傳播衰減模型將信號強度轉化為距離，由于大多數(shù)節(jié)點都具有信號強度測量能力，是一種成本廉價且應用廣泛的測距技術。在系統(tǒng)中的系統(tǒng)基站和信標節(jié)點的位置固定且已知，機器人定位算法采用基于接收信號強度(RSSI)的定位技術，利用信標節(jié)點接收到的移動機器人信號強度確定機器人位置。
[0036]將移動機器人作為無線傳感網(wǎng)絡中的移動節(jié)點，可以實現(xiàn)監(jiān)測節(jié)點動態(tài)自定義部署，同時可利用移動機器人的作業(yè)功能對監(jiān)測對象采取一定的動作，使無線傳感網(wǎng)絡變成一種主動監(jiān)測的工具。
[0037]移動機器人作為無線傳感網(wǎng)絡中的移動節(jié)點，可以實現(xiàn)監(jiān)測節(jié)點動態(tài)，并實現(xiàn)自定義部署來隨意擴展無線傳感網(wǎng)絡的監(jiān)測范圍，同時也是現(xiàn)場任務的執(zhí)行者，可采集現(xiàn)場數(shù)據(jù)或執(zhí)行控制任務；系統(tǒng)基站用于對系統(tǒng)中所有移動機器人進行管理協(xié)調、收集和發(fā)布控制信息；信標節(jié)點用于傳感網(wǎng)絡的定位，同時用于對移動機器人進行定位；本系統(tǒng)通過多個移動機器人組成無線傳感網(wǎng)絡，各移動機器人之間協(xié)同作業(yè)完成具體任務，從而使無線傳感網(wǎng)絡變成一種具有主動監(jiān)測功能的工具，針對無線傳感網(wǎng)絡的特點，所采用的定位算法和信息收集算法均具有較高的能效性，本系統(tǒng)具有良好的可擴展性、通用性，市場應用前景廣闊。
[0038]以上所述是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式而已，當然不能以此來限定本發(fā)明之權利范圍，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，對本發(fā)明的技術方案進行修改或者等同替換，都不脫離本發(fā)明技術方案的保護范圍。
【主權項】
1.一種基于無線傳感網(wǎng)絡的移動機器人控制系統(tǒng)，其特征在于:其包括系統(tǒng)基站、信標節(jié)點和移動機器人，移動機器人包括電源模塊、控制模塊、無線通信模塊、感知模塊和運動模塊，其中， 電源模塊，用于為各個模塊供電； 無線通信模塊，用于移動機器人與系統(tǒng)基站、移動機器人與信標節(jié)點、移動機器人與移動機器人之間的無線數(shù)據(jù)傳輸； 感知模塊，包括若干傳感器，用于采集信息，并傳送到控制模塊； 控制模塊，用于信息處理，并將輸出的結果傳送到運動模塊； 運動模塊，用于執(zhí)行控制模塊輸出的結果。2.根據(jù)權利要求1所述的一種基于無線傳感網(wǎng)絡的移動機器人控制系統(tǒng)，其特征在于:所述控制模塊包括主控電路和驅動電路，其中，主控電路用于實現(xiàn)信息處理，驅動電路用于輸出結果以驅動運動模塊。3.根據(jù)權利要求2所述的一種基于無線傳感網(wǎng)絡的移動機器人控制系統(tǒng)，其特征在于:所述運動模塊包括電機和車輪，驅動電路通過驅動電機來帶動車輪運轉。4.根據(jù)權利要求1所述的一種基于無線傳感網(wǎng)絡的移動機器人控制系統(tǒng)，其特征在于:所述信標節(jié)點均勻分布在系統(tǒng)基站四周。5.根據(jù)權利要求4所述的一種基于無線傳感網(wǎng)絡的移動機器人控制系統(tǒng)，其特征在于:所述信標節(jié)點采用4個。
【專利摘要】本實用新型公開一種基于無線傳感網(wǎng)絡的移動機器人控制系統(tǒng)，其包括系統(tǒng)基站、信標節(jié)點和移動機器人，移動機器人包括電源模塊、控制模塊、無線通信模塊、感知模塊和運動模塊，電源模塊，用于為各個模塊供電；無線通信模塊，用于移動機器人與系統(tǒng)基站、移動機器人與信標節(jié)點、移動機器人與移動機器人之間的數(shù)據(jù)傳輸；感知模塊，用于采集信息，并傳送到控制模塊；控制模塊，用于信息處理，并將輸出的結果傳送到運動模塊；運動模塊，用于執(zhí)行控制模塊輸出的結果，移動機器人作為無線傳感網(wǎng)絡中的移動節(jié)點，可以實現(xiàn)監(jiān)測節(jié)點動態(tài)，并實現(xiàn)自定義部署來隨意擴展無線傳感網(wǎng)絡的監(jiān)測范圍，同時也是現(xiàn)場任務的執(zhí)行者，可采集現(xiàn)場數(shù)據(jù)或執(zhí)行控制任務。
【IPC分類】G05D1/02
【公開號】CN204790569
【申請?zhí)枴緾N201520620768
【發(fā)明人】盧旭, 祁偉, 肖蕾, 袁飛, 李海生, 莊鑫財
【申請人】廣東技術師范學院
【公開日】2015年11月18日
【申請日】2015年8月17日