多机器人协同通信技术研究

发布时间：2020-06-21 22:15

【摘要】：随着人们对生活品质、工作效率的不断追求,对机器人的工作环境、工作任务等都提出了新的要求,很多复杂工作单个机器人已经很难完成,需要多个机器人相互配合协同完成,对多机器人之间的协同通信提出了要求。随着无线通信、物联网、云计算和机器人技术的融合发展,本课题研究采用WLAN网络和云技术实现多个机器人之间的协同通信。本文主要针对多机器人通信网络MAC层的协议内容、接入方式、多机器人防冲突的退避算法进行了研究,同时还研究了多个机器人如何结合云技术接入到云平台,实现多机器人之间的相互通信和系统的远程监控。本文的主要研究内容如下:1、分析研究多个机器人协同通信的拓扑网络结构及其运行机制。通过对比分析,本课题多机器人协同通信网络采用了环形与星型相结合的混合网络拓扑结构。多机器人协同通信网络的MAC层采用了802.11系列协议,针对该系列协议本文主要分析了该系列协议的4个运行机制:四次握手、载波侦听、帧间隔和随机退避。2、研究多机器人协同通信的接入机制、防冲突机制。通过采用四次握手的分布式协调功能DCF接入机制接入到信道,利用载波侦听和冲突避免CSMA/CA的两种载波监听机制,获得信道的占用时间NAV,在一定程度上解决了多个机器人的数据冲突问题。根据监听信道的占用时间NAV,机器人在发送数据时通过退避算法产生随机的退避时间分时发送数据,可以大大降低数据碰撞的概率。3、研究改进了传统二进制指数随机退避算法BEB,根据该算法的不足之处调整退避窗口参数,提出了改进型的指数递增指数递减退避算法EIED,并给出了该算法的执行流程,对采用不同参数的EIED算法与BEB算法进行了仿真对比。4、为了验证所提出的多机器人网络拓扑结构和改进型的EIED防冲突算法,研究构建了以移动机器人为实验对象的多机器人协同通信网络。简单介绍了其软件平台的结构设计。分析了如何通过CAN协议封装该实验对象的物理层传感器数据,通过TCP协议将多个机器人连接到OneNET云平台,依据该平台EDP协议实现多个机器人数据在链路层的上传、存储、转发和加密传输。对该平台的整体框架、资源模型进行了研究,简要分析多个机器人如何通过WLAN网络接入到该平台。5、最后利用OPNET对多机器人协同通信网络的MAC层进行了建模仿真,分析了采用不同退避算法时的网络性能。展示了多个机器人通过WLAN网络接到云平台后机器人群的建立过程、单个机器人的监控界面、机器人群的设备概览及应用层机器人的响应日志,通过串口调试了多个机器人之间的通信性能,实现了多机器人协同通信的功能要求。
【学位授予单位】：广西科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TP242
【图文】：

(b) 图 1-1 多机器人应用实例ector 项目机器人 (b)仓储移动机器人 (c)3D 打印Figure 1-1 Example of multi-robot applicationor project robot (b) Warehouse mobile robot (c)3D人应用实例都属于同质多机器人的应用，机器人去完成，这就对多种机器人之间的协人协同通信的研究逐渐增多，但国内还很是个具有挑战性的开放性问题。由于异质的数据处理方式和数据传输方式，因此对题都提出了新要求[10]。中不同机器人具有不同的结构、通信能力门，因此设计一种通用的多机器人之间协的信息共享与融合分为单个机器人的数据例如当多机器人共同完成周围环境信息探

机器人STA1 ... 机器人STAn图 2-1 多机器人协同通信的网络拓扑结构ure 2-1 Network topology of multi-robot cooperative commun点高速移动、网络传输密度较大时，很容易造成机输碰撞等性能的严重下降。本文针对多机器人协同协议的关键技术进行了分析，提出了基于 DCF 的道的平均接入时延、丢包率、减小了数据重传次数的机器人对信道竞争能力的差异性，最终实现多个协同通信。协同通信的 MAC 层关键技术同通信网络的 MAC 层采用了 WLAN 网络的标准协络数据通信中发挥了至关重要的作用[26-27]，主要负，协调控制各个机器人在信道里进行有效的通信，

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