基于ZigBee无线技术的移动机器人编队控制的导航定位

论文摘要

随着无线传感器网络技术、移动机器人技术的发展,无线技术被引入到机器人控制领域,把移动机器人作为无线传感器网络中的一个移动节点,这样多个机器人间可以无线通信,实现组网编队控制。机器人的网络化、智能化是未来机器人发展的必然趋势。本文设计了移动机器人系统,它可以测量机器人的加速度、方位角、角速度等信息,通过ZigBee无线技术将自身的状态与其它机器人信息共享,亦可接受其它机器人的指令。将移动机器人作为无线传感器网络中的移动节点,基于RSS(Ireceived signal strength indicator)无线定位技术实现自身定位,为多移动机器人的动态定位和编队控制提供通讯感知平台。为了提高无线传感器网络的定位精度,将基于RSSI的无线定位技术运用到多移动机器人编队控制的辅助定位上,本文先利用高斯模型对移动节点所测得的RSSI值进行了处理,利用硬件定位引擎计算出各个移动节点的坐标。再引入各个移动节点之间的相对定位信息,提出了一套定位优化算法,将定位问题转化为非线性最优化问题,再利用惩罚函数法求解得到最优坐标。通过对实验结果的分析可知,本算法可以提高对节点的定位精度,实现了同时对多个移动节点的定位。为以后的移动机器人编队控制的辅助定位,实现动态网络的定位打下了基础。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究的背景
• 1.2 定位技术
• 1.2.1 多机器人合作定位的研究现状
• 1.2.2 无线传感器网络定位技术现状
• 1.2.3 无线定位技术在多机器人合作定位中的应用
• 1.3 研究内容与组织结构
• 第2章 无线传感器网络定位技术
• 2.1 无线传感器网络的测距技术
• 2.1.1 TOA 技术
• 2.1.2 TDOA 技术
• 2.1.3 AOA 技术
• 2.1.4 RSSI 技术
• 2.2 单节点定位计算方法
• 2.2.1 三角测量法
• 2.2.2 三边测量法
• 2.2.3 极大似然估计法
• 2.2.4 最小最大法
• 2.3 WSN 中典型定位算法
• 2.3.1 Bounding Box 定位算法
• 2.3.2 DV-Hop 算法
• 2.3.3 Euclidean 算法
• 2.3.4 Robust position 算法
• 2.3.5 多尺度定位算法
• 2.4 本章小结
• 第3章 基于 RSSI 的无线传感器网络定位算法研究
• 3.1 定位优化算法的引出
• 3.2 混合惩罚函数法
• 3.2.1 内点形式的混合型惩罚函数法
• 3.2.2 外点形式的混合型惩罚函数法
• 3.3 BFGS 变尺度法
• 3.4 定位算法步骤
• 3.5 信号传播模型及其校正模型
• 3.5.1 FREE-SPACE 模型
• 3.5.2 RSSI 值与距离的关系
• 3.5.3 RSSI 校正模型
• 3.6 ZIGBEE 无线定位试验及仿真
• 3.6.1 单移动节点定位实验
• 3.6.2 多移动节点定位算法优化仿真结果
• 3.7 本章小结
• 第4章 移动机器人系统设计
• 4.1 总体方案设计
• 4.2 硬件设计
• 4.2.1 系统布局结构
• 4.2.2 ZigBee 无线传输模块
• 4.2.3 陀螺仪
• 4.2.4 数字磁罗盘
• 4.2.5 加速度计
• 4.2.6 扩展接口
• 4.3 移动机器人软件设计
• 4.3.1 软件框架
• 4.3.2 传感器节点程序设计流程图
• 4.3.3 传感器的数据采集
• 4.3.4 各处理器间的通信协议简述
• 4.4 ZIGBEE 无线定位
• 4.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间发表（含录用）的学术论文