基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的移動(dòng)機(jī)器人導(dǎo)航方法與系統(tǒng)研究.pdf

1、移動(dòng)機(jī)器人在許多場合被寄予了替代人類自動(dòng)執(zhí)行某些日常性與危險(xiǎn)性任務(wù)的厚望。在移動(dòng)機(jī)器人的相關(guān)研究中，導(dǎo)航與定位技術(shù)是其核心技術(shù)，也是移動(dòng)機(jī)器人實(shí)現(xiàn)真正的智能化和完全自主移動(dòng)的關(guān)鍵技術(shù)。 目前，移動(dòng)機(jī)器人常用的導(dǎo)航方法主要有慣性導(dǎo)航、視覺導(dǎo)航、基于傳感器數(shù)據(jù)導(dǎo)航和衛(wèi)星導(dǎo)航等。慣性導(dǎo)航的優(yōu)點(diǎn)是可以提供完全的自主性和完備的導(dǎo)航信息，缺點(diǎn)是定位誤差會隨著機(jī)器人航程的增長而增加。視覺導(dǎo)航具有定位精度高的優(yōu)點(diǎn)，但視場范圍有限?；趥鞲衅鲾?shù)據(jù)

2、導(dǎo)航(如：聲納等)常用于局部導(dǎo)航和避障。美國全球定位系統(tǒng)(GPS)是迄今為止投入使用的最精確的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，它與慣性導(dǎo)航系統(tǒng)(INS)組合使用可獲得相當(dāng)高的導(dǎo)航精度。但GPS是由美國國防部控制的，對非授權(quán)用戶，其所能獲得的定位導(dǎo)航精度較低，且使用安全性無法得到保障。對于外星球探測等GPS信號無法覆蓋和戰(zhàn)場環(huán)境等安全性要求高的應(yīng)用場合，需要研究新的、不依賴GPS等衛(wèi)星信號的導(dǎo)航定位方法。 本論文將無線傳感器網(wǎng)絡(luò)引入移動(dòng)機(jī)器人的研究

3、中，提出了一種基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位技術(shù)的移動(dòng)機(jī)器人導(dǎo)航新方法，作為現(xiàn)有導(dǎo)航方法的有益補(bǔ)充。例如，在不能或不宜使用衛(wèi)星系統(tǒng)進(jìn)行導(dǎo)航時(shí)，可以用該方法代替衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)對各種移動(dòng)機(jī)器人進(jìn)行導(dǎo)航和定位，并能利用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)獲取的各種環(huán)境信息(溫度、濕度、坡度等)，為導(dǎo)航與路徑規(guī)劃提供決策支持，使機(jī)器人在路徑規(guī)劃時(shí)能避開危險(xiǎn)區(qū)域、選擇優(yōu)化路徑。 論文的主要研究內(nèi)容和創(chuàng)新點(diǎn)如下： 1、能量受限是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)面臨的首要挑戰(zhàn)。為了高

4、效使用節(jié)點(diǎn)攜帶的有限能量、延長網(wǎng)絡(luò)和導(dǎo)航系統(tǒng)的使用壽命，本論文研究并提出了一種基于蟻群優(yōu)化的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)能量均衡路由算法，利用群智能的思想，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)信息的高效傳輸和能量的均衡消耗。仿真實(shí)驗(yàn)表明，該算法能夠有效的延長無線傳感器網(wǎng)絡(luò)和導(dǎo)航系統(tǒng)的壽命。 2、為充分發(fā)揮能量均衡路由算法的性能，在分析了基于電壓的能量檢測方法和基于電流的能量檢測方法的基礎(chǔ)上，根據(jù)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)能耗模型，結(jié)合無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的工作特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了一種電壓

5、和電流檢測相結(jié)合的節(jié)點(diǎn)能量檢測方法，實(shí)現(xiàn)了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)剩余能量的實(shí)時(shí)準(zhǔn)確檢測。 3、為了實(shí)現(xiàn)移動(dòng)機(jī)器人的定位，為環(huán)境建模和導(dǎo)航提供位置信息，論文研究了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的定位方法，基于Chipcon(TI)CC2431研制了具有定位功能的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)。測試實(shí)驗(yàn)表明，節(jié)點(diǎn)的定位性能和GPS相當(dāng)，能滿足移動(dòng)機(jī)器人導(dǎo)航的應(yīng)用要求。 4、論文結(jié)合無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)，提出了一種基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的環(huán)境建模和地圖創(chuàng)建方法，

6、利用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)采集的分布環(huán)境信息，建立基于多元信息的環(huán)境模型和柵格地圖。仿真分析表明，使用該方法建立的環(huán)境模型具有較高的地圖匹配度。 5、為了適應(yīng)動(dòng)態(tài)變化環(huán)境的導(dǎo)航應(yīng)用要求，論文利用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)對環(huán)境動(dòng)態(tài)監(jiān)測的功能，研究并提出了基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的移動(dòng)機(jī)器人在線路徑規(guī)劃方法。仿真研究表明，該方法可以實(shí)現(xiàn)移動(dòng)機(jī)器人在線路徑規(guī)劃，并能通過調(diào)整算法參數(shù)使移動(dòng)機(jī)器人在安全性與有效性之間進(jìn)行不同的權(quán)衡。 6、構(gòu)建了基于無線傳