CN103235595A - 一种室外微小型地面群机器人控制系统及控制方法 - Google Patents

一种室外微小型地面群机器人控制系统及控制方法 Download PDF

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CN103235595A CN2013101514205A CN201310151420A CN103235595A CN 103235595 A CN103235595 A CN 103235595A CN 2013101514205 A CN2013101514205 A CN 2013101514205A CN 201310151420 A CN201310151420 A CN 201310151420A CN 103235595 A CN103235595 A CN 103235595A
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Abstract

本发明公开了一种室外微小型地面群机器人控制系统及控制方法,控制系统包括差分定位基站、上位监控计算机和构成群机器人系统的多个个体机器人,其中:差分定位基站,用于实时接收定位信号并与给定的基站参考坐标进行伪距差分计算,然后将差分修正数通过无线通信模块发送给群机器人系统中的个体机器人;个体机器人实时接收定位信号和基站发送的差分修正数,进行伪距差分计算后得到位置坐标;上位监控计算机通过无线通信模块接收个体机器人的位置信息以及发送指令以控制个体机器人的运行。该室外微小型地面群机器人控制系统及控制方法能提高个体机器人的定位精度,有利于实现群机器人的协作控制和联合目标搜索等复杂任务。

Description

一种室外微小型地面群机器人控制系统及控制方法

技术领域

[0001] 本发明属于自动化技术的机器人领域,涉及一种室外微小型地面群机器人控制系统及控制方法。

背景技术

[0002]目前就机器人技术水平而言,单机器人在信息的获取、处理及控制能力等方面都是有限的,对于复杂的工作任务及多变的工作环境,单机器人的能力更显不足。于是,借鉴社会性昆虫的群体智能行为,人们考虑由多个机器人组成的群体系统通过协调、协作来完成单机器人无法或难以完成的工作。群机器人通过共享资源(信息、知识等)弥补单机器人能力的不足,扩大完成任务的能力范围,利用系统内机器人资源的冗余性提高完成任务的可能性,增加系统的性能。

[0003] 群机器人在协作执行任务的过程中,个体机器人需要知道自身及周围相邻个体机器人的位置信息。因此,个体机器人对自身以及相邻个体的快速准确定位是群机器人实现协作控制和群体涌现的基础。个体机器人的定位技术主要有绝对定位和相对定位两类。传统的多机器人定位技术大多通过卡尔曼滤波或粒子滤波等复杂运算将内部传感器和外部传感器信息进行融合估计。这些定位技术在短时间内具有较好的精度和稳定性,但是测量误差会随着时间的增加而不断积累,最终导致测量失效。

[0004] 因此,有必要设计一种室外微小型地面群机器人控制系统及控制方法。

发明内容

[0005] 本发明所要解决的技术问题是提供一种室外微小型地面群机器人控制系统及控制方法,该室外微小型地面群机器人控制系统及控制方法能提高个体机器人的定位精度,有利于实现群机器人的协作控 制和联合目标搜索等复杂任务。

[0006] 发明的技术解决方案如下:

[0007] 一种室外微小型地面群机器人控制系统,包括差分定位基站、上位监控计算机和构成群机器人系统的多个个体机器人,其中:

[0008] 差分定位基站,用于实时接收定位信号(如GPS信号)并与给定的基站参考坐标进行伪距差分计算,然后将差分修正数通过无线通信模块发送给群机器人系统中的个体机器人;

[0009] 所述的个体机器人为微小型地面移动机器人,所有的个体机器人具有相同的硬件系统,多个个体机器人之间通过无线通信连接组成一个机器人群体并实现相互协作;

[0010] 个体机器人实时接收定位信号(如GPS信号)和基站发送的差分修正数,进行伪距差分计算后得到位置坐标;

[0011] 上位监控计算机通过无线通信模块接收个体机器人的位置信息以及发送指令以控制个体机器人的运行。

[0012] 所述构成群机器人系统的个体机器人,根据任务分配和其它个体机器人的位置信息并结合自身感知,进行行为决策和运动规划。

[0013] 所述差分定位基站包括基站AVR嵌入式控制器模块、基站定位信号接收模块和基站Xbee无线通信模块,其中:

[0014] 基站定位信号接收模块(GPS/北斗信号接收模块)与基站AVR嵌入式控制器模块相连接,基站AVR嵌入式控制器模块将基站参考位置坐标(基站位置坐标可以为绝对坐标或相对坐标)通过第一串口(UART)发送给基站定位信号接收模块进行伪距差分计算,然后将基站定位信号接收模块计算得到的差分修正数通过基站Xbee无线通信模块发送给群机器人系统中的个体机器人;

[0015] 所述基站定位信号接收模块通过测量天线接收定位信号,通过第一串口(UART)接收基站AVR嵌入式控制器模块发送的基站位置坐标,并对接收的定位信号与基站位置坐标进行伪距差分计算,然后将差分修正数通过第二串口(UART)发送给AVR嵌入式控制器模块;

[0016] 所述基站Xbee无线通信模块与基站AVR嵌入式控制器模块连接,用于发送定位信号接收模块计算得到的差分修正数给群机器人系统中的个体机器人。

[0017] 所述基站AVR嵌入式控制器模块包括:AVR处理器、SDRAM存储器、Flash存储器以及复位电路;

[0018] 所述Flash存储器,用于存储初始化程序和应用程序;

[0019] 所述AVR控制器,用于发送基站坐标给定位信号接收模块,接收定位信号接收模块发送的伪距差分修正数;通过所述基站Xbee无线通信模块将伪距差分修正数发送给群机器人系统中的个体机器人;

[0020] 所述复位电路,用于整个群机器人基站控制系统的复位。

`[0021] 所述构成机器人群体的个体机器人包括移动站AVR嵌入式控制器模块、移动站定位信号接收模块(GPS/北斗信号接收模块)、移动站Xbee无线通信模块、传感器模块、电机驱动模块、键盘与显示模块和电源管理模块,其中:

[0022] 所述移动站AVR嵌入式控制器模块,与移动站定位信号接收模块连接,将所述移动站Xbee无线通信模块接收到的基站发送的差分修正数通过第一串口(UART)传送给移动站定位信号接收模块进行伪距差分计算,并通过移动站定位信号接收模块的第二串口(UART)接收伪距差分定位结果;

[0023] 所述移动站AVR嵌入式控制器模块,与移动站Xbee模块连接,将所述定位信号接收模块通过第二串口(UART)发送的伪距差分定位结果通过Xbee无线通信模块发送给其他个体机器人;

[0024] 所述移动站定位信号接收模块,通过测量天线接收定位信号(如GPS信号/北斗信号),通过第一串口(UART)接收基站发送的差分修正数,并对接收的定位信号与差分修正数进行伪距差分计算,然后将伪距差分定位结果(也可以称为伪距差分定位信息)通过第二串口(UART)发送给AVR嵌入式控制器模块;

[0025] 所述移动站Xbee无线通信模块,与AVR嵌入式控制器模块连接,将定位信号接收模块计算得到的伪距差分定位结果发送给其他个体机器人;

[0026] 所述传感器模块,用于采集外部环境信息和个体机器人的位姿信息【以便机器人进行行为决策和运动规划】;[0027] 所述电机驱动模块与移动站AVR嵌入式控制器模块连接,电机驱动模块驱动个体机器人完成各种运动;

[0028] 所述电源管理模块包括电池组和所述各模块所需电源电压的转换电路;

[0029] 所述键盘与显示模块用于人机信息交互和复位操作。

[0030] 所述移动站AVR嵌入式控制器模块包括:AVR处理器、SDRAM存储器、Flash存储器以及复位电路;

[0031] 所述Flash存储器,用于存储初始化程序和应用程序;

[0032] 所述AVR控制器,用于发送差分修正数给定位信号接收模块,接收移动站定位信号接收模块发送的伪距差分定位结果;通过所述移动站Xbee无线通信模块将伪距差分定位结果发送给其他个体机器人,接收差分定位基站发送的差分修正数和其他个体机器人发送的信息,将个体机器人的位置信息发送给上位监控计算机,接收上位监控计算机的控制指令控制个体机器人的运动;接收并处理各种传感器信息;对电机驱动模块发出信号,驱动个体机器人完成各种运动控制;

[0033] 所述复位电路,用于整个个体机器人控制系统的复位。

[0034] 所述基站Xbee无线通信模块或移动站Xbee无线通信模块被配置为协调器、路由器或终端。

[0035] 所述传感器模块包括:里程计、陀螺仪、数字罗盘、超声波传感器和摄像头,定位信号接收模块为定位信号(如GPS信号/北斗信号)接收模块或北斗导航接收模块。【基站与个体机器人采用相同的控制器、定位信号接收模块和无线通信模块。】

[0036] AVR处理器采用ATmeg a2560,基站定位信号接收模块或移动站定位信号接收模块采用GPS信号接收模块OEMStar,测量天线采用单频外置测量天线HY-LRB01R,基站Xbee无线通信模块或移动站Xbee无线通信模块采用Xbee PRO Series2,电机驱动模块采用L298p,陀螺仪采用L3G4200D,数字电子罗盘采用HMR3300,超声波传感器采用HC-SR04,电池组采用锂聚合充电电池。

[0037] —种室外微小型地面群机器人控制方法,其特征在于,该控制方法基于前述的室外微小型地面群机器人控制系统;

[0038]( 一 )基站端的伪距差分定位执行流程为:

[0039] 步骤1:对基站Xbee无线通信模块进行初始化,并对基站定位信号接收模块即定位信号(如GPS信号)接收模块进行初始化,即对OEMStar的COM2进行波特率设置和差分数据发送周期设置;

[0040] 启动OEMStar差分功能,使得伪距差分计算过程由OEMStar自动完成;

[0041] 步骤2:若基站端Xbee无线通信模块收到差分修正数,则发送差分修正数到个体机器人;

[0042] ( 二)移动站即个体机器人端的伪距差分定位执行流程为:

[0043] 步骤1:对移动站Xbee无线通信模块进行初始化,并对移动站定位信号接收模块即定位信号(如GPS信号)接收模块进行初始化,即对OEMStar的COM2进行波特率设置和差分数据发送周期设置;

[0044] 启动OEMStar差分功能,使得伪距差分计算过程由OEMStar自动完成;

[0045] 步骤2:若移动站Xbee无线通信模块收到差分修正数,则发送差分修正数到移动站端的定位信号接收模块;

[0046] 移动站端的定位信号接收模块对接收的GPS位置信号与差分修正数进行伪距差分计算,然后将伪距差分定位结果即修正坐标发送给其他个体机器人和上位监控计算机。【更进一步,个体机器人根据本身的修正坐标、其他个体机器人坐标以及自身通过传感器感知的信号进行行为决策和运动规划。】

[0047] 在个体机器人的实际定位过程中,将个体机器人获得的大地坐标数据转换为平面坐标数据,即采用高斯-克吕格投影算法将WGS-84大地坐标转换为对应于WGS-84椭球的平面坐标,公式如下:

Figure CN103235595AD00081

[0057] 式中,X-高斯-克吕格投影纵坐标,y-高斯-克吕格投影横坐标,B-大地纬度1-距中央子午线经差,X-自赤道起算的子午线孤长,a为椭圆长半径,对于WGS-84椭球,a

=6378137.0000m, N = C( i + if )½卯酉圈曲率半径,C-参考椭球极半径,对WGS-84椭球,

C = 6399593.6258m, n2 = e2cos2B, e'-参考椭球第二偏心率,对 WGS-84 椭球,e' 2 =

0.00673949674227,t = tanB。

[0058] 有益效果:

[0059] 本发明的室外微小型地面群机器人控制系统及控制方法,由差分GPS基站接收GPS信号并根据给定的基站坐标进行伪距差分计算,求得差分修正数后通过无线通信模块发送给个体机器人;群机器人系统的个体机器人接收GPS信号和基站发送的差分修正数,进行伪距差分计算后得到精度为1.5米以上的精确位置坐标;将GPS定位信息与个体机器人自身传感器获得的定位信息进行融合,实现个体机器人长时间的精确定位。本发明将伪距差分GPS绝对定位和群机器人相对定位相结合,大大提高了室外环境下群机器人的协同定位精度,GPS基站和个体机器人采用相同的控制器、GPS接收模块和无线通信模块等硬件,简化了电路设计,节约了成本。[0060] 本发明的有益效果有:

[0061] (I)本发明针对室外环境的特点,采用伪距差分GPS技术,大大提高了个体机器人的绝对定位精度。

[0062] (2)将GPS绝对定位信息与个体机器人自身传感器获得的相对定位信息进行融合,能实现个体机器人长时间的精确定位。

[0063] (3)差分GPS基站和个体机器人(移动站)采用相同的无线通信模块,无须额外的差分GPS电台,简化了电路设计,降低了成本。

附图说明

[0064] 图1是本发明所涉及群机器人控制系统的示意图;

[0065] 图2是本发明中基站的一实施例结构示意图;

[0066] 图3是本发明中个体机器人一实施例结构示意图;

[0067] 图4是本发明中基站GPS伪距差分定位流程图;

[0068] 图5是本发明中个体机器人GPS伪距差分定位流程图;

[0069] 图6是本发明中个体机器人自身位置传感器信息与GPS数据进行联合定位的过程图。

具体实施方式

[0070] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白,以下将结合图1〜5和具体实施例,对本发明作进一步详细说明。虽然本文可提供包含特定值的参数的示范,但应了解,参数无需确切等于相应的值,而是在可接受的误差容限或设计约束内近似于所述值。

[0071] 实施例1:

[0072] 图1为本发明实施例室外微小型地面群机器人控制系统的示意图。如图1所示,一种室外微小型地面群机器人控制系统包括差分GPS基站、微小型地面个体机器人和上位监控计算机组成。其中,所述差分GPS基站,用于实时接收GPS信号并与给定的基站参考坐标进行伪距差分计算【伪距差分计算是现有技术,由OEMStar自动计算完成】,然后将差分修正数通过无线通信模块发送给群机器人;所述构成群机器人系统的个体机器人,为微小型地面移动机器人,具有相同的硬件,多个个体机器人之间通过无线通信组成一个机器人群体并实现相互协作;所述构成群机器人系统的个体机器人,实时接收GPS信号和基站发送的差分修正数,进行伪距差分计算后得到精度为1.5米以上的精确位置坐标;构成群机器人系统的个体机器人,将里程计、陀螺仪和电子罗盘等位置传感器获得相对定位信息,利用卡尔曼滤波与GPS绝对定位信息进行融合,实现个体机器人未知环境下长时间的精确定位;所述构成群机器人系统的个体机器人,根据任务分配和其它个体机器人发送的位置信息并结合自身感知,进行行为决策和运动规划。所述上位监控计算机,通过无线通信模块接收所述构成群机器人系统的个体机器人的位置信息以及发送指令控制个体机器人的运行。

[0073] 如图1所示,伪距差分GPS基站与个体机器人采用相同的控制器、GPS信号接收模块、无线通信模块、键盘与显示模块和电源管理模块;GPS模块可采用相同定位精度的北斗导航接收模块所替代。

[0074] 图2为本发明实施例室外微小型地面群机器人系统差分GPS基站的结构示意图。如图2所示,差分GPS基站由AVR嵌入式控制器模块、GPS信号接收模块、Xbee无线通信模块等组成。其中,所述AVR嵌入式控制器模块与所述GPS信号接收模块和Xbee无线通信模块相连接,将基站位置坐标(绝对或相对坐标均可)通过第一串口(UART)发送给GPS信号接收模块进行伪距差分计算,然后将GPS信号接收模块计算得到的差分修正数,通过Xbee无线通信模块发送给群机器人系统中的个体机器人;所述GPS模块通过测量天线接收GPS卫星信号,通过第一串口(UART)接收AVR嵌入式控制器模块发送的基站位置坐标,并对接收的GPS卫星信号与基站位置坐标进行伪距差分计算,然后将差分修正数通过第二串口(UART)发送给AVR嵌入式控制器模块;所述Xbee无线通信模块,与AVR嵌入式控制器模块连接,用于发送GPS信号接收模块计算得到的差分修正数给所述群机器人系统中的个体机器人。

[0075] 本发明差分GPS基站的精确位置坐标可以给定为绝对坐标或相对坐标。

[0076] 本发明差分GPS基站中AVR嵌入式控制器模块包括:AVR处理器、SDRAM存储器、Flash存储器以及复位电路:所述Flash存储器,用于存储初始化程序和应用程序;所述AVR控制器,用于运行所述应用程序:发送基站坐标给GPS信号接收模块,接收GPS信号接收模块发送的伪距差分修正数,通过所述Xbee无线通信模块将伪距差分修正数发送给群机器人系统中的个体机器人;所述复位电路,用于整个群机器人基站控制系统的复位。

[0077] 图3为本发明实施例室外微小型地面群机器人系统个体机器人的结构示意图。如图3所示,本发明构成机器人群体的个体机器人由AVR嵌入式控制器模块、GPS信号接收模块、Xbee无线通信模块、传感器模块、电机驱动模块、键盘与显示模块和电源管理模块等组成。其中,所述AVR嵌入式控制器模块与GPS信号接收模块连接,将所述Xbee无线通信模块接收到的基站发送的差分修正数通过第一串口(UART)传送给GPS模块进行伪距差分计算,并通过第二串口(UART)接收GPS模块发送的伪距差分定位结果;所述AVR嵌入式控制器模块与Xbee模块连接,将所述GPS信号接收模块通过第二串口(UART)发送的伪距差分定位结果通过Xbee无线通信模块发送给其他个体机器人以及上位监控计算机;所述GPS信号接收模块,通过测量 天线接收GPS卫星信号,通过第一串口(UART)接收AVR嵌入式控制器模块发送的差分修正数,并对接收的GPS卫星信号与差分修正数进行伪距差分计算,然后将伪距差分定位结果通过第二串口(UART)发送给AVR嵌入式控制器模块;所述Xbee无线通信模块,与AVR嵌入式控制器模块连接,将GPS信号接收模块计算得到的伪距差分定位结果发送给其他个体机器人以及上位监控计算机;所述传感器模块包括:里程计、陀螺仪、数字罗盘、超声波传感器、摄像头等,用于采集外部环境信息和实现个体机器人的相对定位,以便机器人进行行为决策和运动规划,并根据不同的任务要求可选配不同的传感器;所述电机驱动模块,与AVR嵌入式控制器模块连接,驱动所述群机器人中的个体机器人完成各种运动;所述电源管理模块包括电池组和所述各模块所需电源电压的转换,为各模块提供相应电压;所述键盘与显示模块,用于人机信息交互和复位等操作。

[0078] 如图3所示,本发明个体机器人的AVR嵌入式控制器模块包括:AVR处理器、SDRAM存储器、Flash存储器以及复位电路。其中,所述Flash存储器,用于存储初始化程序和应用程序;所述AVR控制器,用于运行所述应用程序:发送差分修正数给GPS信号接收模块,接收GPS信号接收模块发送的伪距差分GPS定位结果,通过所述Xbee无线通信模块将伪距差分GPS定位结果发送给其他个体机器人以及上位监控计算机,接收基站发送的差分修正数和其他个体机器人发送的信息,采集和处理传感器模块信息并进行行为决策,对电机驱动模块发出信号,驱动个体机器人完成各种运动控制;所述复位电路,用于整个个体机器人控制系统的复位。

[0079] 如图3所示,本发明个体机器人的Xbee无线通信模块可根据需要通过程序配置为协调器、路由器或终端。

[0080] 如图2和图3所示,本发明实例室外微小型地面群机器人控制系统中,AVR处理器采用ATmega2560,GPS信号接收模块采用OEMStar,测量天线采用单频外置测量天线HY-LRBOIR, Xbee无线通信模块采用Xbee PRO Series2,电机驱动模块采用L298p,陀螺仪采用L3G4200D,数字电子罗盘采用HMR3300,超声波传感器采用HC-SR04,电池组采用锂聚合充电电池。

[0081] 图4为本发明实施例基站GPS伪距差分定位流程图。其中,GPS模块初始化是指对OEMStar的COM2进行波特率设置和差分数据发送周期设置;启动OEMStar差分功能后,伪距差分计算过程由OEMStar自动完成。

[0082] 图5为本发明实施例移动站(个体机器人)GPS伪距差分定位流程图。其中,GPS模块初始化是指对OEMStar的COM2进行波特率设置;启动OEMStar差分功能后,伪距差分计算过程由OEMStar自动完成。

[0083] 如图4和5所示,GPS接收模块OEMStar采集到的定位数据为WGS-84坐标系统下的大地坐标(经纬度数据),给定给基站的参考坐标也为WGS-84经纬度数据。在机器人的实际定位过程中,我们需要将大地坐标转换为平面坐标,本发明采用高斯-克吕格投影算法将WGS-84大地坐标转换为对应于WGS-84椭球的平面坐标,其转换算法如式(1)-(4)所示。

[0084]

Figure CN103235595AD00111

[0094] 式中,X-高斯-克吕格投影纵坐标,y-高斯-克吕格投影横坐标,B-大地纬度1-距中央子午线经差,X-自赤道起算的子午线孤长,a为椭圆长半径对于WGS-84椭球a

=6378137.0000m, N = C( ] + ,f ,卯酉圈曲率半径,C-参考椭球极半径,对WGS-84椭球C

=6399593.6258m, 2Cos2B, e'-参考椭球第二偏心率,对 WGS-84 椭球 e' 2 =

0.00673949674227,t = tanB。

[0095] 表I为本发明实施例个体机器人在四个已知参考坐标节点(定位精度在IOem以内)进行GPS实测定位的结果。由表I可知,不采用差分GPS定位时,四个已知点横坐标X的最大定位误差为10.1796米,最小定位误差为7.8658米;而采用伪距差分定位之后,四个已知点横坐标X的最大定位误差为1.2769米,最小定位误差为0.67885米,其定位精度得到了显著提高。

[0096] 表I定位结果实例

[0097]

Figure CN103235595AD00121

[0098] 图6为本发明实施例个体机器人自身位置传感器与GPS伪距差分定位数据进行联合定位的过程。如图6所示,首先将里程计和陀螺仪相融合,提高里程计的精度;然后,为了修正陀螺仪的累积误差,将融合后的定位信息与电子罗盘相融合,进一步提高里程计航向角精度;最后,为了修正里程计的位置推算累积误差,将融合的位置信息与伪距差分GPS相融合,消除输出波动,实现机器人长时间较高精度的定位。

[0099] 如图6所示,当GPS因建筑物遮挡等失去信号而导致定位结果不稳定时,卡尔曼滤波器根据GPS定位结果的不同状态,选取不同的系统量测噪声协方差矩阵,使算法可以自动适应GPS定位状态的变化,从而提高个体机器人定位方法的可靠性。

Claims (10)

1.一种室外微小型地面群机器人控制系统,其特征在于,包括差分定位基站、上位监控计算机和构成群机器人系统的多个个体机器人,其中: 差分定位基站,用于实时接收定位信号并与给定的基站参考坐标进行伪距差分计算,然后将差分修正数通过无线通信模块发送给群机器人系统中的个体机器人; 所述的个体机器人为微小型地面移动机器人,所有的个体机器人具有相同的硬件系统,多个个体机器人之间通过无线通信连接组成一个机器人群体并实现相互协作; 个体机器人实时接收定位信号和基站发送的差分修正数,进行伪距差分计算后得到位置坐标; 上位监控计算机通过无线通信模块接收个体机器人的位置信息以及发送指令以控制个体机器人的运行。
2.根据权利要求1所述的室外微小型地面群机器人控制系统,其特征在于,所述差分定位基站包括基站AVR嵌入式控制器模块、基站定位信号接收模块和基站Xbee无线通信模块,其中: 基站定位信号接收模块与基站AVR嵌入式控制器模块相连接,基站AVR嵌入式控制器模块将基站参考位置坐标通过第一串口发送给基站定位信号接收模块进行伪距差分计算,然后将基站定位信号接收模块计算得到的差分修正数通过基站Xbee无线通信模块发送给群机器人系统中的个体机器人; 所述基站定位信号接收模块通过测量天线接收定位信号,通过第一串口接收基站AVR嵌入式控制器模块发送的基站位置坐标,并对接收的定位信号与基站位置坐标进行伪距差分计算,然后将差分修正数通过第二串口发送给AVR嵌入式控制器模块; 所述基站Xbee无线通信模块与基站AVR嵌入式控制器模块连接,用于发送定位信号接收模块计算得到的差分修正数给群机器人系统中的个体机器人。
3.根据权利要求2所述的室外微小型地面群机器人控制系统,其特征在于,所述基站AVR嵌入式控制器模块包括:AVR处理器、SDRAM存储器、Flash存储器以及复位电路; 所述Flash存储器,用于存储初始化程序和应用程序; 所述AVR控制器,用于发送基站坐标给定位信号接收模块,接收定位信号接收模块发送的伪距差分修正数;通过所述基站Xbee无线通信模块将伪距差分修正数发送给群机器人系统中的个体机器人; 所述复位电路,用 于整个群机器人基站控制系统的复位。
4.根据权利要求3所述的室外微小型地面群机器人控制系统,其特征在于,所述构成机器人群体的个体机器人包括移动站AVR嵌入式控制器模块、移动站定位信号接收模块、移动站Xbee无线通信模块、传感器模块、电机驱动模块、键盘与显示模块和电源管理模块,其中: 所述移动站AVR嵌入式控制器模块,与移动站定位信号接收模块连接,将所述移动站Xbee无线通信模块接收到的基站发送的差分修正数通过第一串口传送给移动站定位信号接收模块进行伪距差分计算,并通过移动站定位信号接收模块的第二串口接收伪距差分定位结果; 所述移动站AVR嵌入式控制器模块,与移动站Xbee模块连接,将所述定位信号接收模块通过第二串口发送的伪距差分定位结果通过Xbee无线通信模块发送给其他个体机器人; 所述移动站定位信号接收模块,通过测量天线接收定位信号,通过第一串口接收基站发送的差分修正数,并对接收的定位信号与差分修正数进行伪距差分计算,然后将伪距差分定位结果通过第二串口发送给AVR嵌入式控制器模块; 所述移动站Xbee无线通信模块,与AVR嵌入式控制器模块连接,将定位信号接收模块计算得到的伪距差分定位结果发送给其他个体机器人; 所述传感器模块,用于采集外部环境信息和个体机器人的位姿信息; 所述电机驱动模块与移动站AVR嵌入式控制器模块连接,电机驱动模块驱动个体机器人完成各种运动; 所述电源管理模块包括电池组和所述各模块所需电源电压的转换电路; 所述键盘与显示模块用于人机信息交互和复位操作。
5.根据权利要求4所述的室外微小型地面群机器人控制系统,其特征在于,所述移动站AVR嵌入式控制器模块包括:AVR处理器、SDRAM存储器、Flash存储器以及复位电路; 所述Flash存储器,用于存储初始化程序和应用程序; 所述AVR控制器,用于发送差分修正数给定位信号接收模块,接收移动站定位信号接收模块发送的伪距差分定位结果;通过所述移动站Xbee无线通信模块将伪距差分定位结果发送给其他个体机器人,接收差分定位基站发送的差分修正数和其他个体机器人发送的信息,将个体机器人的位置信息发送给上位监控计算机,接收上位监控计算机的控制指令控制个体机器人的运动;接收并处理各种传感器信息;对电机驱动模块发出信号,驱动个体机器人完成各种运动控制; 所述复位电路,用于整个个体机器人控制系统的复位。
6.根据权利要求5所述的室外微小型地面群机器人控制系统,其特征在于,所述基站Xbee无线通信模块或移动站Xbee无线通信模块被配置为协调器、路由器或终端。
7.根据权利要求4所述的室外微小型地面群机器人控制系统,其特征在于,所述传感器模块包括:里程计、陀螺仪 、数字罗盘、超声波传感器和摄像头,定位信号接收模块为GPS信号接收模块或北斗导航接收模块。
8.根据权利要求1至6中任一项所述的室外微小型地面群机器人控制系统,其特征在于,AVR处理器采用ATmega2560,基站定位信号接收模块或移动站定位信号接收模块采用GPS信号接收模块OEMStar,测量天线采用单频外置测量天线HY-LRB01R,基站Xbee无线通信模块或移动站Xbee无线通信模块采用Xbee PRO Series2,电机驱动模块采用L298p,陀螺仪采用L3G4200D,数字电子罗盘采用HMR3300,超声波传感器采用HC-SR04,电池组采用锂聚合充电电池。
9.一种室外微小型地面群机器人控制方法,其特征在于,该控制方法基于权利要求8所述的室外微小型地面群机器人控制系统; (一)基站端的伪距差分定位执行流程为: 步骤1:对基站Xbee无线通信模块进行初始化,并对基站定位信号接收模块即定位信号(如GPS信号)接收模块进行初始化,即对OEMStar的COM2进行波特率设置和差分数据发送周期设置; 启动OEMStar差分功能,使得伪距差分计算过程由OEMStar自动完成;步骤2:若基站端Xbee无线通信模块收到差分修正数,则发送差分修正数到个体机器人; (二)移动站即个体机器人端的伪距差分定位执行流程为: 步骤1:对移动站Xbee无线通信模块进行初始化,并对移动站定位信号接收模块即定位信号接收模块进行初始化,即对OEMStar的COM2进行波特率设置和差分数据发送周期设置; 启动OEMStar差分功能,使得伪距差分计算过程由OEMStar自动完成; 步骤2:若移动站Xbee无线通信模块收到差分修正数,则发送差分修正数到移动站端的定位信号接收模块; 移动站端的定位信号接收模块对接收的GPS位置信号与差分修正数进行伪距差分计算,然后将伪距差分定位结果即修正坐标发送给其他个体机器人和上位监控计算机。
10.根据权利要求9所述的室外微小型地面群机器人控制方法,其特征在于,在个体机器人的实际定位过程中,将个体机器人获得的大地坐标数据转换为平面坐标数据,即采用高斯-克吕格投影算法将WGS-84大地坐标转换为对应于WGS-84椭球的平面坐标,公式如下:
Figure CN103235595AC00041
式中,x-闻斯-克吕格投影纵坐标,y-闻斯-克吕格投影横坐标,B-大地讳度1-距中央子午线经差,X-自赤道起算的子午线孤长,a为椭圆长半径,对于WGS-84椭球,a =·6378137.0000m, N - ¢:(1 + /?2)必为卯酉圈曲率半径,C-参考椭球极半径,对WGS-84椭球,C=6399593.6258m, n2 = e' 2Cos2B, e'-参考椭球第二偏心率,对 WGS-84 椭球,e' 2 =·0.00673949674227,t = tanB。
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