多機器人系統(tǒng)通信模塊的設計與實現(xiàn).pdf

1、隨著人工智能技術的發(fā)展,多機器人系統(tǒng)因具備并行度高、分布性廣、健壯性強的優(yōu)點,已經(jīng)成為國內(nèi)外研究的熱點。機器人協(xié)同工作是多機器人系統(tǒng)的重要特征。為了提高協(xié)同工作能力,機器人間通常采用無線通訊模式進行信息傳遞。與有線網(wǎng)絡相比,無線網(wǎng)絡存在可靠性低、信道延遲高、數(shù)據(jù)保密性差的問題。因此開發(fā)面向移動多機器人系統(tǒng)的無線通訊模塊對研究多機器人協(xié)同工作具有重要意義。本文的研究工作來源于國家自然基金項目《網(wǎng)絡環(huán)境下基于群體智能方法的虛擬機協(xié)同平臺研究

2、》,該項目希望探索一種新的并行計算模式來適應大規(guī)模的群體協(xié)作。在該目標下,課題組設計并制作了數(shù)十個同構、計算能力有限、體積小、移動速度低、電池供電、傳感器感知能力差、通信方式簡單的機器人節(jié)點eMouse。針對群集智能計算模式下信息交互局部性、數(shù)據(jù)傳輸量小的特點,遵循簡單可靠的原則,本文為機器人設計并開發(fā)了基于廣播單跳的無線通訊模塊RobotNet。本文具體工作內(nèi)容如下：(1)硬件平臺的設計與實現(xiàn)。根據(jù)群體智能通訊局部性的特點,模塊采用功

3、耗低、傳輸距離短的射頻芯片CC2430,并配有SMA接口的天線。最大通信范圍可達15米。模塊尺寸僅為25.4x35mm,適合以電池為能源的小型移動機器人eMouse使用。并在eMouse的主控模塊LM3S1962上開發(fā)了串口驅動,以支持無線通迅模塊的使用。(2)協(xié)議棧的設計與實現(xiàn)。遵循功能簡單的設計原則,本文依據(jù)IEEE 802.15.4標準,設計了RobotNet協(xié)議棧的物理層和MAC子層。并在MAC子層實現(xiàn)了二元指數(shù)后退算法。并在應

4、用層提供了設置參數(shù)、查詢信息、收發(fā)數(shù)據(jù)等服務。(3)模塊功能及性能測試。本文開發(fā)了專用串口調(diào)試工具。分別在靜態(tài)和動態(tài)條件下,對該無線通訊模塊進行了功能和性能測試。并分析了串口波特率、數(shù)據(jù)包發(fā)送時間間隔、數(shù)據(jù)包長度等參數(shù)對系統(tǒng)丟包率的影響。功能測試結果表明：系統(tǒng)內(nèi)各個節(jié)點間可以通過廣播方式進行通信。多節(jié)點通信時,節(jié)點間可以通過CSMA/CA機制實現(xiàn)了信道共享。整個系統(tǒng)無組網(wǎng)限制,適合于大規(guī)模群體通信。同時,用戶可以通過改變發(fā)射功率調(diào)整發(fā)送