自重構(gòu)移動(dòng)傳感器網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)動(dòng)控制.pdf

1、移動(dòng)傳感器網(wǎng)絡(luò)通過將靜態(tài)傳感器節(jié)點(diǎn)與移動(dòng)機(jī)器人平臺(tái)結(jié)合,可以為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)增添自主機(jī)動(dòng)能力,實(shí)現(xiàn)自部署和自修復(fù)等獨(dú)特功能。但目前采用的移動(dòng)平臺(tái)大多基于輪式或者履帶式,崎嶇地形中的運(yùn)動(dòng)能力不足。如何提高移動(dòng)傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)對(duì)復(fù)雜地形環(huán)境的適應(yīng)能力,是未來移動(dòng)傳感器網(wǎng)絡(luò)發(fā)展和應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)之一。
　　 本文設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一套自重構(gòu)移動(dòng)傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。系統(tǒng)是以自重構(gòu)模塊化機(jī)器人作為移動(dòng)平臺(tái)。自重構(gòu)模塊化機(jī)器人是由相同的節(jié)點(diǎn)模塊組裝而

2、成,每個(gè)節(jié)點(diǎn)模塊有兩個(gè)旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié),能夠±90°旋轉(zhuǎn)。關(guān)節(jié)采用模擬舵機(jī)驅(qū)動(dòng),扭矩為15.5kg.cm。每個(gè)關(guān)節(jié)的控制電路分為核心控制電路和電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路,核心控制電路包括無線通信控制器JN5139R1及其外圍電路,電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路主要包括PWM信號(hào)輸入的隔離電路。為了避免關(guān)節(jié)的電路出現(xiàn)故障導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)無法正常工作,我們將每個(gè)關(guān)節(jié)的控制電路獨(dú)立開來。為了防止舵機(jī)運(yùn)行過程中出現(xiàn)的大電流對(duì)核心控制電路的影響,我們對(duì)核心控制電路和電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的電源進(jìn)行隔

3、離。多個(gè)節(jié)點(diǎn)模塊可以組裝成“一”形、“O”形、“T”形和“十”形構(gòu)型自重構(gòu)模塊化機(jī)器人。本文分別規(guī)劃了這四種構(gòu)型的運(yùn)動(dòng)步態(tài),采用步態(tài)表查詢法實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)控制,并成功地將一種幅值和相位可調(diào)的CPG控制模型應(yīng)用于“一”形構(gòu)型自重構(gòu)模塊化機(jī)器人的爬行控制。
　　 本文最后搭建起了自重構(gòu)移動(dòng)傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。在該實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上,實(shí)驗(yàn)測(cè)定了“一”形、“O”形、“T”形和“十”形步態(tài)表中的運(yùn)動(dòng)參數(shù)與機(jī)器人運(yùn)動(dòng)速度的關(guān)系,考察了“一”形構(gòu)型自重

4、構(gòu)模塊化機(jī)器人的越障能力,探討了改變CPG模型中的幅值和相位差對(duì)“一”形構(gòu)型自重構(gòu)模塊化機(jī)器人運(yùn)動(dòng)速度的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:采用步態(tài)表查詢法,“一”形、“O”形、“T”形和“十”形構(gòu)造自重構(gòu)模塊化機(jī)器人的爬行速度分別可達(dá)5.9cm／s、15.5cm／s、9.4cm／s、4.8cm／s;采用CPG模型控制的“一”形構(gòu)型自重構(gòu)模塊化機(jī)器人的爬行速度可達(dá)9.7cm／s:“一”形構(gòu)型自重構(gòu)模塊化機(jī)器人可以翻越7.0cm高的障礙物。最后,對(duì)“十”