基于無線傳感器網(wǎng)絡的移動機器人導航方法與系統(tǒng)研究.pdf

1、移動機器人在許多場合被寄予了替代人類自動執(zhí)行某些日常性與危險性任務的厚望。在移動機器人的相關研究中，導航與定位技術是其核心技術，也是移動機器人實現(xiàn)真正的智能化和完全自主移動的關鍵技術。 目前，移動機器人常用的導航方法主要有慣性導航、視覺導航、基于傳感器數(shù)據(jù)導航和衛(wèi)星導航等。慣性導航的優(yōu)點是可以提供完全的自主性和完備的導航信息，缺點是定位誤差會隨著機器人航程的增長而增加。視覺導航具有定位精度高的優(yōu)點，但視場范圍有限?；趥鞲衅鲾?shù)據(jù)

2、導航(如：聲納等)常用于局部導航和避障。美國全球定位系統(tǒng)(GPS)是迄今為止投入使用的最精確的衛(wèi)星導航系統(tǒng)，它與慣性導航系統(tǒng)(INS)組合使用可獲得相當高的導航精度。但GPS是由美國國防部控制的，對非授權用戶，其所能獲得的定位導航精度較低，且使用安全性無法得到保障。對于外星球探測等GPS信號無法覆蓋和戰(zhàn)場環(huán)境等安全性要求高的應用場合，需要研究新的、不依賴GPS等衛(wèi)星信號的導航定位方法。 本論文將無線傳感器網(wǎng)絡引入移動機器人的研究

3、中，提出了一種基于無線傳感器網(wǎng)絡定位技術的移動機器人導航新方法，作為現(xiàn)有導航方法的有益補充。例如，在不能或不宜使用衛(wèi)星系統(tǒng)進行導航時，可以用該方法代替衛(wèi)星導航系統(tǒng)對各種移動機器人進行導航和定位，并能利用無線傳感器網(wǎng)絡獲取的各種環(huán)境信息(溫度、濕度、坡度等)，為導航與路徑規(guī)劃提供決策支持，使機器人在路徑規(guī)劃時能避開危險區(qū)域、選擇優(yōu)化路徑。 論文的主要研究內(nèi)容和創(chuàng)新點如下： 1、能量受限是無線傳感器網(wǎng)絡面臨的首要挑戰(zhàn)。為了高

4、效使用節(jié)點攜帶的有限能量、延長網(wǎng)絡和導航系統(tǒng)的使用壽命，本論文研究并提出了一種基于蟻群優(yōu)化的無線傳感器網(wǎng)絡能量均衡路由算法，利用群智能的思想，實現(xiàn)網(wǎng)絡信息的高效傳輸和能量的均衡消耗。仿真實驗表明，該算法能夠有效的延長無線傳感器網(wǎng)絡和導航系統(tǒng)的壽命。 2、為充分發(fā)揮能量均衡路由算法的性能，在分析了基于電壓的能量檢測方法和基于電流的能量檢測方法的基礎上，根據(jù)無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點能耗模型，結合無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點的工作特點，設計了一種電壓

5、和電流檢測相結合的節(jié)點能量檢測方法，實現(xiàn)了無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點剩余能量的實時準確檢測。 3、為了實現(xiàn)移動機器人的定位，為環(huán)境建模和導航提供位置信息，論文研究了無線傳感器網(wǎng)絡的定位方法，基于Chipcon(TI)CC2431研制了具有定位功能的無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點。測試實驗表明，節(jié)點的定位性能和GPS相當，能滿足移動機器人導航的應用要求。 4、論文結合無線傳感器網(wǎng)絡的特點，提出了一種基于無線傳感器網(wǎng)絡的環(huán)境建模和地圖創(chuàng)建方法，

6、利用無線傳感器網(wǎng)絡采集的分布環(huán)境信息，建立基于多元信息的環(huán)境模型和柵格地圖。仿真分析表明，使用該方法建立的環(huán)境模型具有較高的地圖匹配度。 5、為了適應動態(tài)變化環(huán)境的導航應用要求，論文利用無線傳感器網(wǎng)絡對環(huán)境動態(tài)監(jiān)測的功能，研究并提出了基于無線傳感器網(wǎng)絡的移動機器人在線路徑規(guī)劃方法。仿真研究表明，該方法可以實現(xiàn)移動機器人在線路徑規(guī)劃，并能通過調(diào)整算法參數(shù)使移動機器人在安全性與有效性之間進行不同的權衡。 6、構建了基于無線傳