面向多机器人系统的无线传感器网络节点定位与信息通信研究

发布时间：2017-08-15 13:21

  本文关键词：面向多机器人系统的无线传感器网络节点定位与信息通信研究

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【摘要】：多机器人系统是一个很有价值的研究领域,实现多机器人间的通信能够大大提高多机器人间的协作能力。本文将多机器人系统与无线传感器网络相结合,建立了面向多机器人系统的无线传感器网络通信平台。对多机器人系统的定位与通信问题进行了研究,对定位算法提出了改进的方法,为通信时信息阻塞与丢包率严重的问题提出了缓解办法。本文主要内容与创新之处有:一是将多机器人系统与无线传感器网络相结合,一方面在GPS无法应用的环境下,无线传感器网络能够为机器人提供定位的方法,另一方面,无线传感器网络使机器人间的通信变得更加便捷。二是采用基于RSSI的加权质心算法对机器人进行定位,针对加权质心算法的不足之处,对公式的加权因子进行了优化,此优化方法强调了抛锚点距离未知节点的距离不同对未知节点位置预测的影响也不同的思想。三是面对多机器人系统中因机器人间的通信频繁、信息量大而造成的信息丢包率严重、信息传输阻塞延迟的问题,本文对Zigbee协议栈Z-stack MAC层的通信协议进行了研究,对最小竞争窗口值进行了合理的分配与设置,给予任务量大的节点更多抢占通信信道的机会,以缓解丢包率高的问题。同时,将路由器应用层的信息适当的合并,以减少其发射次数,从而减少网络的通信量,缓解通信阻塞的问题。四是对多机器人的无线通信平台的基本功能进行了研究与编程,在此通信平台上进行实验,对采用改进后的算法的定位误差与丢包率进行计算。
【关键词】：多机器人系统 无线传感器网络 定位算法 信息通信 通信平台
【学位授予单位】：河北工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN929.5;TP212.9;TP242
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-8
• 第一章 绪论8-16
• 1.1 课题研究背景及意义8-9
• 1.2 多机器人技术的国内外发展现状9-11
• 1.3 无线传感器网络的发展11-13
• 1.4 本文主要研究内容13-16
• 第二章 基于Zigbee无线传感器网络定位算法的研究16-26
• 2.1 主要几种无线网络通信技术16-17
• 2.2 几种基本的定位方法17-18
• 2.3 基于RSSI的加权质心算法的简介及其不足之处18-22
• 2.4 改进的加权质心算法22-23
• 2.5 实验仿真23-25
• 2.6 本章小结25-26
• 第三章 多机器人系统通讯信息阻塞问题的研究26-32
• 3.1 无线网络下机器人通信协议的改进26-30
• 3.1.1 通信协议的缺陷26-27
• 3.1.2 基于MAC层的优化方法27-30
• 3.2 基于应用层的改进30-31
• 3.3 本章小结31-32
• 第四章 实验平台的开发32-48
• 4.1 开发环境简介33-37
• 4.1.1 IAR Embedded Workbench开发工具33-34
• 4.1.2 ZigBee协议栈34-37
• 4.2 实验平台各传感功能和控制控制的设计37-43
• 4.2.1 协调器的设计37
• 4.2.2 电机控制功能的实现37-38
• 4.2.3 红外检测功能的实现38-41
• 4.2.4 加速度、方向检测功能的实现41-42
• 4.2.5 温湿度检测功能的实现42-43
• 4.2.6 有毒气体检测功能的实现43
• 4.3 通信协议43-46
• 4.4 本章小结46-48
• 第五章 无线传感器网络下多机器人定位与通信实验48-58
• 5.1 无线网络下机器人通信丢包率的测试实验49-53
• 5.1.1 改进前丢包率的计算49-51
• 5.1.2 改进后丢包率的计算51-52
• 5.1.3 改进前后丢包率的分析对比52-53
• 5.2 无线传感器网络下机器人定位实验53-57
• 5.3 本章小结57-58
• 第六章 结论与展望58-60
• 6.1 结论58
• 6.2 展望58-60
• 参考文献60-64
• 致谢64

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本文编号：678401