CN105116888B - 一种基于无线传感网络的移动机器人控制系统的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于无线传感网络的移动机器人控制系统，该系统包括软件部分和硬件部分，所述硬件部分包括该系统基站、信标节点和移动机器人，移动机器人包括电源模块、控制模块、无线通信模块、感知模块和运动模块，所述软件部分用于完成移动机器人的任务数据的低能耗传输，移动机器人作为无线传感网络中的移动节点，可以实现监测节点动态，并实现自定义部署来随意扩展无线传感网络的监测范围，同时也是现场任务的执行者，可采集现场数据或执行控制任务。

Description

一种基于无线传感网络的移动机器人控制系统的控制方法

技术领域

本发明涉及无线传感领域，尤其是一种基于无线传感网络的移动机器人控制系统的控制方法。

背景技术

随着社会经济、科学技术的发展，机器人的工作不再局限于单个机器人的控制，通过多个机器人之间的协同作业，可完成更为复杂的、具有关联性的工作。无线传感网络由部属在工作区域内的多个传感节点组成，通过无线通信方式形成的一个多跳的、自组织的网络系统，十分适用于多个移动机器人的无线控制系统，可有效降低系统成本，提高系统可扩展性。

在机器人定位方面，虽然GPS、激光雷达、图像匹配、里程计等定位手段在某些场合可以完成定位任务，但在成本、精度、使用便捷性方面还存在诸多不足。

发明内容

为解决背景技术的不足，本发明的目的是提供一种基于无线传感网络的移动机器人控制系统的控制方法。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种基于无线传感网络的移动机器人控制系统，包括系统基站、信标节点和移动机器人，移动机器人包括电源模块、控制模块、无线通信模块、感知模块和运动模块，其中，电源模块，用于为各个模块供电；无线通信模块，用于移动机器人与系统基站、移动机器人与信标节点、移动机器人与移动机器人之间的无线数据传输；感知模块，包括若干传感器，用于采集信息，并传送到控制模块；控制模块，用于信息处理，并将输出的结果传送到运动模块；运动模块，用于执行控制模块输出的结果。

优选的是，所述控制模块包括主控电路和驱动电路，其中，主控电路用于实现信息处理，驱动电路用于输出结果以驱动运动模块。

优选的是，所述运动模块包括电机和车轮，驱动电路通过驱动电机来带动车轮运转。

优选的是，所述信标节点均匀分布在系统基站四周。

优选的是，所述信标节点采用4个。

一种基于无线传感网络的移动机器人控制系统的控制方法，包括

1)根据信标节点架构无线传感网络中信息的位置坐标；

2)在控制模块中预设距离阈值；

3)移动机器人通过感知模块完成工作任务；

4)控制模块将移动机器人自身到系统基站的距离与预设的距离阈值进行比较判断；

5)根据判断结果，若距离系统基站距离小于或等于该阈值，则该移动机器人将任务数据直接传输到系统基站；若距离系统基站距离大于所设距离阈值，则移动机器人在距离系统基站距离小于所设阈值的移动机器人中选择一个作为最优节点Node₀作为其下一跳节点，任务数据通过该最优节点传输到系统基站。

优选的是，最优节点的选取方式是：

其中：d_i是移动机器人到下一跳节点的距离，d_j是下一跳节点到系统基站的距离。

优选的是，还包括步骤，移动机器人根据信标节点位置定位自身位置。

优选的是，还包括步骤，通过信标节点接收移动机器人反馈的信号的强弱来定位移动机器人的位置。

本发明采用上述结构后，

1)移动机器人作为无线传感网络中的移动节点，可以实现监测节点动态，并实现自定义部署来随意扩展无线传感网络的监测范围，同时也是现场任务的执行者，可采集现场数据或执行控制任务；

2)系统基站用于对系统中所有移动机器人进行管理协调、收集和发布控制信息；

3)信标节点用于传感网络的定位，同时用于对移动机器人进行定位；

4)本系统通过多个移动机器人组成无线传感网络，各移动机器人之间协同作业完成具体任务，从而使无线传感网络变成一种具有主动监测功能的工具，针对无线传感网络的特点，所采用的定位算法和信息收集算法均具有较高的能效性，本系统具有良好的可扩展性、通用性，市场应用前景广阔；

5)选取最优节点，并通过该最优节点把数据转发到系统基站(即2跳方式)，从而完成数据上传过程，该算法复杂度低，且可有效降低系统能耗。

附图说明

图1为本发明的系统示意图。

图2为本发明移动机器人的结构框图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明：

如图1所示，一种基于无线传感网络的移动机器人控制系统的控制方法，包括软件部分和硬件部分；其中软件部分包括移动机器人定位算法和信息收集算法，所述定位算法采用信标节点来实现，所述信息收集算法采用距离阈值的判断来实现；硬件部分包括移动机器人、系统基站和信标节点。

如图2所示，一种基于无线传感网络的移动机器人控制系统，包括系统基站、信标节点和移动机器人，移动机器人包括电源模块、控制模块、无线通信模块、感知模块和运动模块，其中，电源模块，用于为各个模块供电；无线通信模块，用于移动机器人与系统基站、移动机器人与信标节点、移动机器人与移动机器人之间的无线数据传输；感知模块，包括若干传感器，用于采集信息，并传送到控制模块；控制模块，用于信息处理，并将输出的结果传送到运动模块；运动模块，用于执行控制模块输出的结果。

所述控制模块包括主控电路和驱动电路，其中，主控电路用于实现信息处理，驱动电路用于输出结果以驱动运动模块。

所述运动模块包括电机和车轮，驱动电路通过驱动电机来带动车轮运转。

所述信标节点采用4个，并均匀分布在系统基站四周，系统基站在中心，信标节点为4个，成一个正方形分布式四周，当然可以更多，相对的，越多成本越高，理论上来说3个以上就能实现定位，但设置4个，是为了在正方形监测区域内较均匀地分布。

一种基于无线传感网络的移动机器人控制系统的控制方法，包括

1)根据信标节点架构无线传感网络中信息的位置坐标；

2)在控制模块中预设距离阈值；

3)移动机器人通过感知模块完成工作任务；

4)控制模块将移动机器人自身到系统基站的距离与预设的距离阈值进行比较判断；

5)根据判断结果，若距离系统基站距离小于或等于该阈值，则该移动机器人将任务数据直接传输到系统基站；若距离系统基站距离大于所设距离阈值，则移动机器人在距离系统基站距离小于所设阈值的移动机器人中选择一个作为最优节点Node₀作为其下一跳节点，任务数据通过该最优节点传输到系统基站。

最优节点的选取方式是：

其中：d_i是移动机器人到下一跳节点的距离，d_j是下一跳节点到系统基站的距离。

根据一阶无线通信模型，传输能耗是和距离的平方成正比的，当移动机器人将自身到系统基站的距离大于所设距离阈值时，直接由移动机器人传输到系统基站的能耗是很高的，所以通过多跳的方式能降低能耗。理论上来说可以通过多跳(大于2跳)来传输，会更加节约能量，但是实际工程当中，多跳在技术上不易实现，所以在此选择2跳方式。

上述最优节点选取方法可使通信能耗最小化，在最优节点确定后，移动机器人就把数据发送到该最优节点，该最优节点再把数据转发到系统基站(即2跳方式)，从而完成数据上传过程，该算法复杂度低，且可有效降低系统能耗。

还包括步骤，移动机器人根据信标节点位置定位自身位置，进一步的说，通过信标节点接收移动机器人反馈的信号的强弱来定位移动机器人的位置。

基于接收信号强度(RSSI)的定位技术根据已知节点的发射功率，在接收节点测量接收功率，使用理论或经验的信道传播衰减模型将信号强度转化为距离，由于大多数节点都具有信号强度测量能力，是一种成本廉价且应用广泛的测距技术。在系统中的系统基站和信标节点的位置固定且已知，机器人定位算法采用基于接收信号强度(RSSI)的定位技术，利用信标节点接收到的移动机器人信号强度确定机器人位置。

将移动机器人作为无线传感网络中的移动节点，可以实现监测节点动态自定义部署，同时可利用移动机器人的作业功能对监测对象采取一定的动作，使无线传感网络变成一种主动监测的工具。

移动机器人作为无线传感网络中的移动节点，可以实现监测节点动态，并实现自定义部署来随意扩展无线传感网络的监测范围，同时也是现场任务的执行者，可采集现场数据或执行控制任务；系统基站用于对系统中所有移动机器人进行管理协调、收集和发布控制信息；信标节点用于传感网络的定位，同时用于对移动机器人进行定位；本系统通过多个移动机器人组成无线传感网络，各移动机器人之间协同作业完成具体任务，从而使无线传感网络变成一种具有主动监测功能的工具，针对无线传感网络的特点，所采用的定位算法和信息收集算法均具有较高的能效性，本系统具有良好的可扩展性、通用性，市场应用前景广阔。

以上所述是本发明的优选实施方式而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的保护范围。

Claims (3)

1.一种基于无线传感网络的移动机器人控制系统的控制方法，其特征在于：包括移动机器人控制系统和控制步骤，

其中移动机器人控制系统包括系统基站、信标节点和移动机器人，移动机器人包括电源模块、控制模块、无线通信模块、感知模块和运动模块，其中，

电源模块，用于为各个模块供电；

无线通信模块，用于移动机器人与系统基站、移动机器人与信标节点、移动机器人与移动机器人之间的无线数据传输；

感知模块，包括若干传感器，用于采集信息，并传送到控制模块；

控制模块，用于信息处理，并将输出的结果传送到运动模块；

运动模块，用于执行控制模块输出的结果；

其中控制步骤具体如下：

1）根据信标节点架构无线传感网络中信息的位置坐标；

2）在控制模块中预设距离阈值；

3）移动机器人通过感知模块完成工作任务；

4）控制模块将移动机器人自身到系统基站的距离与预设的距离阈值进行比较判断；

5）根据判断结果，若距离系统基站距离小于或等于该阈值，则该移动机器人将任务数据直接传输到系统基站；若距离系统基站距离大于所设距离阈值，则移动机器人在距离系统基站距离小于所设阈值的移动机器人中选择一个作为最优节点Node ₀ 作为其下一跳节点，任务数据通过该最优节点传输到系统基站，最优节点的选取方式是：

Node ₀ ={ Node丨min(d _i ²+ d _j ²)}

其中：d _i 是移动机器人到下一跳节点的距离，d _j 是下一跳节点到系统基站的距离。

2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于：还包括步骤，移动机器人根据信标节点位置定位自身位置。

3.根据权利要求2所述的控制方法，其特征在于：还包括步骤，通过信标节点接收移动机器人反馈的信号的强弱来定位移动机器人的位置。