基于zigbee无线传输技术远程控制多终端智能运输机器人01.doc

基于zigbee无线传输技术远程控制多终端智能运输机器人 学生姓名：张日东 王一博 钟楠 苗勃然 张坤 学院名称：航天学院 指导教师：王强 博导、教授 一、课题研究目的： 本项目以自主研发的智能机器人依托，对无线组网智能控制及编队控制的研究。通过本项目的研究来实现群体机器人的无线组网控制的鲁棒性的研究，并且本项目是空间卫星无线组网的某基金项目的地面模拟研究， 通过地面运动的模拟来验证卫星组网方案的可行性 二、研究背景： 在机器人领域国外起步较早，经过二十几年的发展，群体机器人系统的研究己在理论和实践方面取得很大的进展，己出现了多机器人仿真系统和实验系统。欧盟专门设立了一个进行多机器人系统研究的MARTHA课题一“用于搬运的多自主机器人系统”。日本对群体机器人系统的研究开展得比较早，著名的研究有ACTRESS系统和CEBOT系统。ACTRESS系统的主要特点是系统的单个动作和合作动作的并存。日本名古屋大学的Fukuda教授提出的CEBOT系统，每个机器人可以自主地运动，没有全局的模型，整个系统没有集中控制，可以根据任务和环境动态重构、可以具有学习和适应的群体智能，具有分布式的体系结构。美国学者KJin和GBnei等研究了SWARM系统。SWARM系统是由大量自治机器人组成的分布式系统，其主要特点是机器人本身被认为无智能，它们在组成系统后，将表现出群体的智能。 三、研究内容 3.1设计思路： 本项目以自主研发的智能机器人依托，对无线组网智能控制及编队控制的研究。在智能机器人上添加多传感器融合模块、无线网络模块，以实现群体机器人的自动跟踪、主动避障、编队运动、无线组网等技术要求。 项目分为三部分开发，分别是硬件平台的搭建，软件程序的开发，无线网络的建立。 3.2研究方案 3.2.1硬件平台搭建： 智能移动机器人的研发，在此部分以ARM920T芯片为核心，搭建其外围电路系统，再连接电源模块（包括电源输入，变压模块等）、电机动力系统、舵机控制系统等，来实现对小车（终端移动机器人）的控制。硬件系统包括移动机器人平台的构建和控制电路板的设计两部分。 机器人平台包括车体平台、运动执行机构模块、舵机模块、超声传感器模块及摄像头模块5部分。 控制电路板包括电源模块、CPU模块、Jtag及复位模块、Nandflash模块、Norflash存储模块、SDRAM模块、串口模块、USB接口模块及网卡驱动模块9部分。 本系统的硬件框图如下图1 图1 关键模块介绍： 舵机模块： 采用的是Futaba S3003 舵机用AVICOM公司的DM9000快速以太网控制处理器，合成了MAC,PHY,MMU。物理层支持以太网接口协议编写设备驱动程序的主要工作就是编写子函数，并填充file_operations的各个域 图2 移动机器人的控制驱动：利用Linux内核定时器来定时输入信号的脉冲时间，通过对时间的控制来发送不同宽度的脉冲，来实现对舵机的控制。对于电机的控制我们采用脉宽调制(PWM)的方法，通过调节占空比来控制电机的正反转。 传感器的数据采集驱动：采用传感器被动测量模式，即规定传感器的工作状态，利用linux内核定时器，设置每20ms内核向传感器发送采集数据的指令，然后传感器就开始采集数据。通过脉冲信号的上升、下降沿的宽度来计算距离信息。 USB接口连接的驱动：由于在linux下对usb驱动有很好的支持。所以只需要针对具体的ARM处理器修改相应的环境变量，就可以实现usb驱动的移植。 2、应用程序：应用程序部分利用了Linux下的多线程编程技术，包括三个线程，一个主线程负责机器人的运动，一个负责传感器的数据采集，一个负责图像处理，把摄像头所采集到的图像数据进行处理。为了提高数据的精度，在应用程序上采用多次测量求平均值的方法，为此减少延迟，采用FIFO算法。 应用程序流程图如下： 图3 (1)机器人避障功能的实现：通过制定规则来实现移动机器人的避障，即建立一个专家库，每次根据传感器采集回来的数据寻找专家库中的相应规则，然后根据规则生成相应的控制指令，从而达到比较理想的避障效果。 (2)机器人跟踪功能的实现：被控对象为机器人的舵机，控制器为pid控制器，采用pi控制方法，来实现摄像头对于目标的追踪。从而带动移动机器人的运动系统，来实现机器人的跟踪功能。 (3)多机器人编队算法：采用基于行为法。 在系统设计上，可以把机器人按功能分成几个模块，规划模块、通讯模块、行为选择模块和行为控制模块。任务分配决定了机器人在编队过程中所扮演的角色，是follower还是leader。编队研究分为三步实现：第一步实现基于人工势场方法的避障和驶向目标。第二步实现跟踪，可以跟踪目标，包括有障碍物的跟综和无障碍物的跟踪。第三步实现基于行为法的编队，引入活性因子，根据当前状态判断