本實(shí)用新型涉及電信技術(shù)領(lǐng)域的定位系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于無線傳感網(wǎng)絡(luò)的機(jī)器人定位系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在移動(dòng)機(jī)器人的研究中，導(dǎo)航是最具挑戰(zhàn)性的能力之一。機(jī)器人需要采集自身傳感器的有用數(shù)據(jù)、判斷自身所在的位置及控制自身運(yùn)動(dòng)輸出等幾個(gè)方面的任務(wù)才能對(duì)導(dǎo)航有更好的保障。機(jī)器人導(dǎo)航所需要完成的任務(wù)中，機(jī)器人定位研究受到比較大的關(guān)注，在過去幾十年里也取得了比較大的進(jìn)展。機(jī)器人智能水平高低的重要指標(biāo)之一是器機(jī)器人自主運(yùn)動(dòng)的能力。移動(dòng)機(jī)器人通過對(duì)外界環(huán)境的感知和自身狀態(tài)的判斷，從而實(shí)現(xiàn)在有障礙物的環(huán)境中運(yùn)動(dòng)，也就是實(shí)現(xiàn)了自主移動(dòng)機(jī)器人的導(dǎo)航功能。
路徑規(guī)劃、任務(wù)規(guī)劃、地圖構(gòu)建以及定位是移動(dòng)機(jī)器人導(dǎo)航技術(shù)主要研究的幾個(gè)問題。利用機(jī)器人當(dāng)前姿態(tài)、預(yù)先確定的環(huán)境地圖信息以及傳感器測(cè)量值等信息經(jīng)過數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和處理后，得到當(dāng)前機(jī)器人更加準(zhǔn)確的位姿情況，確定機(jī)器人在其作業(yè)環(huán)境中所處位置的過程，也就是機(jī)器人定位。動(dòng)機(jī)器人自主移動(dòng)中一項(xiàng)最基本、最重要的功能是通過使用傳感器數(shù)據(jù)信息實(shí)現(xiàn)可靠的定位，機(jī)器人定位在移動(dòng)機(jī)器人研究中倍受關(guān)注并且使得這項(xiàng)研究課題更加富有挑戰(zhàn)性。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
針對(duì)目前機(jī)器人定位發(fā)展中存在的定位精度不夠高、區(qū)域性差和處理定位誤差累積困難的現(xiàn)狀，提出一種機(jī)器人定位的可行性、穩(wěn)定性和定位精度均較高的基于無線傳感網(wǎng)絡(luò)的機(jī)器人定位系統(tǒng)來進(jìn)行多機(jī)器人的定位。
為達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案是：一種基于無線傳感網(wǎng)絡(luò)的機(jī)器人定位系統(tǒng)，包括主控模塊、定位模塊、無線模塊、上位機(jī)操作模塊、舵機(jī)控制模塊和移動(dòng)模塊；所述定位模塊包括指南針和RFID射頻收發(fā)器，其結(jié)合所述指南針和RFID射頻收發(fā)器來定位機(jī)器人所處的位置，輸出將該位置信息傳遞給與之連接的所述主控模塊；所述主控模塊通過連接無線模塊將所接收的位置信息傳輸給上位機(jī)操作模塊，所述上位機(jī)操作模塊根據(jù)位置信息發(fā)出操作指令給主控模塊，所述主控模塊再將該操作指令傳送給與之連接的舵機(jī)控制模塊，所述舵機(jī)控制模塊連接安裝在機(jī)器人底部的移動(dòng)模塊。
進(jìn)一步地，所述主控模塊采用CY8C3866AXI-040芯片組成的控制板。
進(jìn)一步地，所述指南針為電子指南針，其采用的是GY-26模塊；所述指南針與主控模塊之間采用I2C連接方式。
進(jìn)一步地，所述無線模塊采用CC2530芯片組成，包括相互匹配的CC2530節(jié)點(diǎn)和CC2530協(xié)調(diào)器，其中，所述CC2530節(jié)點(diǎn)通過串口與主控模塊實(shí)現(xiàn)通信，所述CC2530協(xié)調(diào)器與上位機(jī)操作模塊通過串口和USB轉(zhuǎn)換模塊實(shí)現(xiàn)通信，所述CC2530節(jié)點(diǎn)和CC2530協(xié)調(diào)器通過無線網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)通信。
進(jìn)一步地，所述舵機(jī)控制模塊采用的是360度連續(xù)旋轉(zhuǎn)機(jī)器人專用伺服舵機(jī)。
進(jìn)一步地，所述上位機(jī)操作模塊為電腦。
本實(shí)用新型具有以下有益效果：
本實(shí)用新型通過指南針和RFID射頻收發(fā)器相結(jié)合的方式設(shè)計(jì)機(jī)器人的定位模塊，使得機(jī)器人定位更為精確，且在數(shù)據(jù)傳輸過程采用的是無線網(wǎng)絡(luò)傳輸方式，其數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定，速度快，并能夠避免系統(tǒng)中大量的電路設(shè)計(jì)，從而使得系統(tǒng)簡潔易維修，而在控制機(jī)器人行走過程，使用的舵機(jī)控制模塊能夠快速穩(wěn)定的反應(yīng)，從而促使機(jī)器人準(zhǔn)確快速的響應(yīng)系統(tǒng)的指令。
附圖說明
圖1是本實(shí)用新型一種基于無線傳感網(wǎng)絡(luò)的機(jī)器人定位系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。如下具體實(shí)施方式將結(jié)合上述附圖進(jìn)一步說明本實(shí)用新型。
具體實(shí)施方式
請(qǐng)參閱圖1，在本實(shí)用新型的一種較佳實(shí)施方式中，一種基于無線傳感網(wǎng)絡(luò)的機(jī)器人定位系統(tǒng)，包括主控模塊、定位模塊、無線模塊、上位機(jī)操作模塊、舵機(jī)控制模塊和移動(dòng)模塊。定位模塊包括指南針和RFID射頻收發(fā)器，其結(jié)合指南針和RFID射頻收發(fā)器來定位機(jī)器人所處的位置，輸出將該位置信息傳遞給與之連接的主控模塊；主控模塊通過連接無線模塊將所接收的位置信息傳輸給上位機(jī)操作模塊，上位機(jī)操作模塊根據(jù)位置信息發(fā)出操作指令給主控模塊，主控模塊再將該操作指令傳送給與之連接的舵機(jī)控制模塊，舵機(jī)控制模塊連接安裝在機(jī)器人底部的移動(dòng)模塊。
其中，定位模塊用于實(shí)時(shí)獲知機(jī)器人所處的位置，其是通過安裝在機(jī)器人上的指南針和RFID射頻收發(fā)器來同時(shí)進(jìn)行定位的，以獲得更為精確的定位信息；其中，指南針用于判斷機(jī)器人當(dāng)前的角度方位，其為電子指南針，采用的是GY-26模塊，測(cè)量范圍為0～360度，測(cè)量精度為1度，響應(yīng)頻率15Hz，且具有重新標(biāo)定功能；指南針與主控模塊之間采用I2C連接方式。
主控模塊用于集中接收或者發(fā)送數(shù)據(jù)信息或者操作指令，其采用的是CY8C3866AXI-040芯片組成的控制板，該控制板是基于8051CPU的高性能芯片，其供電電壓范圍為1.71～5.0V，能夠提供豐富的模擬和數(shù)字外設(shè)，并且具有獨(dú)特的可配置邏輯陣列等功能。主控模塊在與指南針、RFID射頻收發(fā)器、無線模塊和舵機(jī)控制模塊連接時(shí)，其芯片上的兩個(gè)UART外設(shè)分別連接RFID射頻收發(fā)器和無線模塊，兩路PWM連接舵機(jī)控制模塊，而采用若干數(shù)字引腳連接指南針。
無線模塊用于主控模塊與上位機(jī)操作模塊之間的數(shù)據(jù)傳輸，其利用的是無線網(wǎng)絡(luò)傳輸模式，方便快捷。無線模塊采用CC2530芯片組成，包括相互匹配的CC2530節(jié)點(diǎn)和CC2530協(xié)調(diào)器，其中，CC2530節(jié)點(diǎn)通過串口與主控模塊實(shí)現(xiàn)通信，CC2530協(xié)調(diào)器與上位機(jī)操作模塊通過串口和USB轉(zhuǎn)換模塊實(shí)現(xiàn)通信，而CC2530節(jié)點(diǎn)和CC2530協(xié)調(diào)器則通過無線網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)通信。CC2530芯片的系統(tǒng)集成化程度高，外設(shè)接口強(qiáng)大且豐富，其應(yīng)用電路所需要外部元件較少，從而使得所述機(jī)器人定位系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，線路簡便，易安裝。
上位機(jī)操作模塊用于接收主控模塊傳來的數(shù)據(jù)信息，并將該數(shù)據(jù)信息通過雅奇880圖示化編程軟件來顯示機(jī)器人所在坐標(biāo)、指南針方位和機(jī)器人所在處的模擬地圖，同時(shí)，上位機(jī)操作模塊還能夠?qū)C(jī)器人的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和目標(biāo)位置進(jìn)行控制；優(yōu)選地，上位機(jī)操作模塊為電腦。
在本實(shí)用新型中，上位機(jī)操作模塊包括包括通信模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、顯示模塊和定位算法模塊；通信模塊連接無線模塊，用于實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸，并將所接收的數(shù)據(jù)傳給與之相連的數(shù)據(jù)處理模塊和顯示模塊，且能夠接收及傳輸與之相連的定位算法模塊發(fā)送的信息或者指令；顯示模塊用于顯示機(jī)器人的實(shí)時(shí)位置信息和運(yùn)動(dòng)軌跡，并能夠用于設(shè)置機(jī)器人的目標(biāo)位置；數(shù)據(jù)處理模塊用于整合通信模塊所發(fā)送的數(shù)據(jù)，并根據(jù)指南針和RFID射頻收發(fā)器所得到的實(shí)時(shí)位置信息整合得到的位置整合信息發(fā)于定位算法模塊；定位算法模塊內(nèi)設(shè)迪杰斯特拉算法(Dijkstra算法)，并將所接收的位置整合信息和顯示模塊所設(shè)定的目標(biāo)位置信息應(yīng)用至迪杰斯特拉算法中，得到機(jī)器人下一步運(yùn)行的最短路徑，且生成操作指令發(fā)于通信模塊，通信模塊再將該操作指令傳遞給無線模塊，無線模塊通過主控模塊傳于舵機(jī)控制模塊。
舵機(jī)控制模塊用于根據(jù)主控模塊傳遞的信息控制移動(dòng)模塊的運(yùn)行，從而使機(jī)器人發(fā)生移動(dòng)，優(yōu)選地，舵機(jī)控制模塊采用的是360度連續(xù)旋轉(zhuǎn)機(jī)器人專用伺服舵機(jī)，該舵機(jī)具有能量轉(zhuǎn)換效率高、激活制動(dòng)響應(yīng)速度快、運(yùn)行穩(wěn)定性可靠等優(yōu)點(diǎn)，且其精度和耐磨程等特點(diǎn)，有較廣泛的應(yīng)用市場(chǎng)，另外，其舵機(jī)反饋電位器可以在實(shí)際調(diào)試時(shí)對(duì)電機(jī)進(jìn)行調(diào)零。
另外，本發(fā)明的機(jī)器人定位系統(tǒng)還包括檢測(cè)障礙物的紅外線傳感模塊和超聲波檢測(cè)模塊，該紅外線傳感模塊和超聲波檢測(cè)模塊用于檢測(cè)機(jī)器人運(yùn)行過程所遇到的障礙物情況，并生成障礙物位置信息發(fā)于主控模塊，主控模塊再通過無線模塊發(fā)于上位機(jī)操作模塊，以使上位機(jī)操作模塊的定位算法模塊在計(jì)算機(jī)器人運(yùn)行的最短路徑時(shí)綜合障礙物存在情況，進(jìn)而得到機(jī)器人下一步運(yùn)行的最短且能夠避開障礙物的最優(yōu)路徑。
本實(shí)用新型所設(shè)計(jì)的機(jī)器人定位系統(tǒng)是基于無線傳感網(wǎng)絡(luò)的機(jī)器人定位系統(tǒng)，其利用CY8C3866AXI-040芯片作為主控模塊與支持Z-Stack協(xié)議棧的CC2530無線模塊進(jìn)行系統(tǒng)平臺(tái)的搭建，其中，主控模塊的CY8C3866AXI-040芯片具有資源豐富、處理速度很快、開發(fā)周期短等優(yōu)勢(shì)，而無線模塊的CC2530則集成度高，能夠集成無線發(fā)射電路，大大降低了定位系統(tǒng)的電路設(shè)計(jì)，提高了無線收發(fā)數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性，進(jìn)而完成了系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)；另外，上位機(jī)操作系統(tǒng)可顯示機(jī)器人當(dāng)前的位置信息，也可對(duì)機(jī)器人設(shè)定目標(biāo)位置，并能夠根據(jù)當(dāng)前位置信息和所設(shè)定的目標(biāo)位置計(jì)算得到機(jī)器人行走的最短路徑，且在計(jì)算過程還考慮到機(jī)器人行走過程遇到的障礙物情況，使得機(jī)器人所行走的最佳路徑里能夠避免障礙物，且能夠快速達(dá)到目標(biāo)位置，整個(gè)過程為一個(gè)自動(dòng)化智能化過程，精確性也較高，因此，本發(fā)明所設(shè)計(jì)的基于無線傳感網(wǎng)絡(luò)的機(jī)器人定位系統(tǒng)是一個(gè)定位準(zhǔn)確、計(jì)算精確的智能化系統(tǒng)，可用于機(jī)器人的定位與行走，便于人們使用機(jī)器人去進(jìn)行室內(nèi)的勞動(dòng)。
上述說明是針對(duì)本實(shí)用新型較佳可行實(shí)施例的詳細(xì)說明，但實(shí)施例并非用以限定本實(shí)用新型的專利申請(qǐng)范圍，凡本實(shí)用新型所提示的技術(shù)精神下所完成的同等變化或修飾變更，均應(yīng)屬于本實(shí)用新型所涵蓋專利范圍。