[发明专利]基于无线传感器网络的多移动机器人编队系统和编队方法

说明书

技术领域

本发明设计了基于无线传感器网络的多移动机器人编队系统和编队方法，属于无线传感器网络和多移动机器人控制领域。

背景技术

在现代社会的发展中，自动化的机器人在发挥着越来越重要的作用。目前，机器人技术在向着智能化和网络化的方向发展。在很多环境恶劣、任务繁重的场合，单个移动机器人已经无法代替人类完成复杂任务，更多地需要多个移动机器人编队组成一定的队形，协作完成任务。此时，编队的快速性、稳定性和可靠性将直接影响多移动机器人合作完成任务的质量。所以，发明一种智能化、网络化的多移动机器人编队系统和编队方法就显得十分重要。

目前，已有的多移动机器人编队系统和编队方法都是通过在机器人上安装多种复杂传感器来感知外围环境的基础上完成的。对于编队系统，在实现编队行为时，需要配备昂贵、复杂的辅助传感设备；对于编队方法，在编队控制的同时，还要采样和处理多个传感器的输出信号，降低了控制系统的响应速度。目前，在多移动机器人编队时，常见的传感器有，视觉传感器、超声波测距传感器和红外测距传感器。但是，每种传感器都有其局限性，视觉传感器易受光照的影响，在光照变弱时，会影响对图像色彩和纹理识别的准确性；超声波测距传感器的有效工作范围较小，而且声波的传播受到介质密度的影响，不适合于浓烟和火灾场合；红外测距传感器的方向性很强，测量距离很短。而且，传感器的测量还受到物体的外形尺寸和运动速度的影响，测量精度不高。

综上所述，目前的多移动机器人编队系统成本较高，精度较低，实现复杂，应用场合受传感器局限；相应地，编队方法也较复杂，响应速度慢，控制上对传感器检测的反馈量敏感，稳定性和可靠性较低，限制了其应用。所以，需要一种简单可行、成本低、精度高、可靠性高、响应速度快，并能够广泛推广的多移动机器人编队系统和编队方法。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有的多移动机器人编队系统和编队方法的成本高、精度低、实现复杂、应用范围小、响应速度慢、可靠性不高的问题，提出基于无线传感器网络的多移动机器人编队系统和编队方法。

本发明所述的基于无线传感器网络的多移动机器人编队系统，它包括上位机监控系统(1)、1个网关节点(2)、m个信标节点(3)、1个主机器人节点(4)和k个从机器人节点(5)；其中主机器人节点(4)和从机器人节点(5)为移动节点；

所述网关节点(2)、m个信标节点(3)、主机器人节点(4)和k个从机器人节点(5)通过ZigBee协议共同构成无线传感器网络；

网关节点(2)是网络中通信的控制中心，用于实现上位机监控系统(1)和主机器人节点(4)之间的数据传输；

信标节点(3)是位置已知的固定节点，用于广播其自身坐标位置信息；

每个移动节点在运动过程中，能够和n个信标节点(3)建立无线通信连接；

主机器人节点(4)接收网管节点(2)发送的目标点的位置信息，并向目标点的位置自主导航，在自主导航的过程中，向从机器人节点(5)发送编队指令信息，

从机器人节点(5)根据接收到的编队指令信息实现自主调整；

m为大于或等于3的自然数，k为大于等于1的自然数。n为大于或等于3的自然数，而且n小于或等于m。

所述无线传感器网络是基于Zigbee协议构建的。

在无线传感器网络组建时，网关节点(2)负责建立稳定的网络通信结构，无线传感器网络中各个节点间的通信链路。在多移动机器人编队的过程中，网关节点(2)用于向主机器人节点(4)发送目标点位置等控制信息，同时接收主机器人节点(4)上传的编队信息。

所述编队指令信息中包括主机器人坐标位置、队形结构参数l和主机器人的速度和航向角。主机器人节点(4)在编队中的作用是，领导编队向目标点运动。

从机器人节点(5)在网络中跟随主机器人节点(4)运动，并保持稳定的编队队形结构。从机器人节点(5)具有自主调整能力，在接收到编队指令信息后，能够及时调整自身的运行速度和航向，以达到期望队形。从机器人节点(5)在编队中的作用是，保持稳定的队形结构。

网络中的所有主机器人节点和从机器人节点，能够同时通过无线传感器网络中的接收信号强度实时确定自身的行进位置，而没有借助于其它的外部传感器，节约了系统硬件资源。