文档介绍：硕士学位论文
基于无线传感器网络的移动机器人编队
控制研究
RESEARCH OF CONTROL STRATEGY
FOR MULTI-ROBOT FORMATION
BASED ON WIRLESS SENSOR
NETWORK
郭福娟
哈尔滨工业大学
2012 年 7 月
国内图书分类号:TP273 学校代码:10213
国际图书分类号: 密级:公开
工程硕士学位论文
基于无线传感器网络的移动机器人编队
控制研究
硕士研究生:郭福娟
导师:丁明理
申请学位:工程硕士
学科:仪器仪表工程
所在单位:自动化测试与控制系
答辩日期:2012 年 7 月
授予学位单位:哈尔滨工业大学
Classified Index: TP273
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Dissertation for the Master Degree in Engineering
RESEARCH OF CONTROL STRATEGY
FOR MULTI-ROBOT FORMATION
BASED ON WIRLESS SENSOR
NETWORK
Candidate: Guo Fujuan
Supervisor: Ding Mingli
Academic Degree Applied for: Master of Engineering
Speciality: Instrument of Engineering
Affiliation: Dept. of Electrical Engineering
Date of Defence: July, 2012
Degree-Conferring-Institution: Harbin Institute of Technology
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文
摘要
随着无线信息技术和机器人技术的快速发展,单一机器人已经无法满足一
些特殊场合的需要。为了提高机器人的工作效率和工作能力,多个机器人组成
编队协作完成任务的研究,显得十分必要。本文研究在无线传感器网络的支持
下,多个机器人组成稳定编队向目标点移动的过程,为移动机器人编队完成任
务和协作完成任务奠定了基础,具有较强的理论意义和实用价值。
搭建了系统的硬件平台和软件平台。硬件方面,设计了基于无线传感器节
点和地磁信号采集辅助导航的移动机器人硬件系统,并完成了电机驱动控制的
设计;软件方面,搭建了系统的无线传感器网络平台,对 ZigBee 网络的建立和
Z-Stack 协议的移植机制深入研究后,建立了基于 Z-Stack 协议的无线网络结构,
并为编队算法的嵌入打下基础。
设计了在无线传感器网络中移动机器人定位的方法。通过比较各种定位方
法后,采用基于 RSSI 接收信号强度的方法,实现移动机器人在网络中的定位问
题,2431 RSSI 定位引擎的机器人定位过程,对后续编队控制
的实现是十分重要的。
为了有效地控制机器人编队的运行状态,建立了移动机器人的运动学模型,
并在此基础上设计了基于改进的 Leader-Follower 的编队算法,设计了队形控制
器,并应用模糊控制的理论决策 Follower 在发生队形偏差时的动作,实现了机
器人的编队过程,并对已建立的算法和模型进行仿真,分析并验证了编队算法
的可行性和有效性。
设计了基于无线传感器网络的移动机器人编队实物实验平台,并进行了实
物实验。在 Z-Stack 协议中嵌入移动机器人 Leader 和 Follower 的编队控制算法,
同时建立起网络,并且设计出友好的上位机监控界面,以便观察队形的细微变
化;在不同的条件下,对移动机器人进行基本队形的编队实验,考察编队方法
的有效性,经过实物实验验证,证明编队比较稳定,误差较小,掉队的队形恢
复时间短,编队算法切实可行,达到了系统的设计要求。
关键词:无线传感器网络;移动机器人编队;RSSI 定位;改进 Leader-Follower
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哈尔滨工业大学工学硕士学位论文
Abstract
With the fast development of the technology of the wireless conmunication and
mobile robo