[發(fā)明專利]一種基于無線傳感器網(wǎng)絡的移動節(jié)點隊形變換方法及實現(xiàn)裝置

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310076427.5
• 申請日: 2013-03-11
• 公開（公告）號: CN103220778A
• 公開（公告）日: 2013-07-24
• 發(fā)明（設計）人: 莊麗麗;丁明理;楊冬梅;李小兵;申倩
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業(yè)大學
• 主分類號: H04W64/00
• 分類號: H04W64/00;H04W84/18
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 張果瑞

技術領域

本發(fā)明涉及無線傳感器網(wǎng)絡在多移動節(jié)點協(xié)作控制領域。

背景技術

無線傳感器網(wǎng)絡（wireless?sensor?network，WSN）將信息從獲取到傳輸再到處理的三個過程相融合，是多種領域技術相結合的產(chǎn)物，以其自適應性強、覆蓋面廣、布局方便靈活等特點廣泛應用于環(huán)境監(jiān)測、醫(yī)療衛(wèi)生、國防軍事、空間探索及反恐抗災等領域，作為當今時代的一項新技術，受到了越來越多的關注。

機器人間的編隊控制是多機器人系統(tǒng)研究領域中的一類常見的協(xié)作問題，已經(jīng)成為多機器人系統(tǒng)研究中的一個非常活躍的方向。近年來，機器人間的隊形變換控制在軍事偵察、飛行器編隊飛行、搜尋、空間探測、排雷等領域的應用顯得愈加廣泛。對于一個多機器人協(xié)作系統(tǒng)，多機器人形成并保持某個隊形（如三角形、菱形、直線等），并在運行的過程中對隊形作恰當?shù)淖儞Q具有許多的優(yōu)點，但是現(xiàn)有無線傳感器網(wǎng)絡的移動節(jié)點的隊形變換方法很容易受到外界環(huán)境因素的影響，造成移動節(jié)點的隊形成型速率低、隊形的穩(wěn)定性差。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有的無線傳感器網(wǎng)絡移動節(jié)點的隊形變換方法的隊形成型速率低和穩(wěn)定性差的問題，提供了一種基于無線傳感器網(wǎng)絡的移動節(jié)點隊形變換方法及實現(xiàn)裝置。

本發(fā)明所述的一種基于無線傳感器網(wǎng)絡的移動節(jié)點隊形變換方法，

它首先將N個移動節(jié)點和M個信標節(jié)點組成無線網(wǎng)絡，N個移動節(jié)點形成一個移動節(jié)點編隊，N為大于或等于1的整數(shù)；M為大于或等于4的整數(shù)；在該移動節(jié)點編隊選定其中一個移動節(jié)點作為主節(jié)點，其它節(jié)點為該主節(jié)點的從節(jié)點；在該無線網(wǎng)絡中，每個移動節(jié)點能夠實時接收到來自至少4個信標節(jié)點的位置參考信號；

在第K時刻下，K的初始值為1；基于無線傳感器網(wǎng)絡的移動節(jié)點隊形變換方法的具體步驟為：

步驟一、每個移動節(jié)點通過信標節(jié)點對自身的位置坐標進行定位，主節(jié)點將自身的位置坐標在無線網(wǎng)絡內(nèi)廣播；

步驟二、從節(jié)點接收主節(jié)點廣播的位置信息，根據(jù)步驟一獲得的自身的位置坐標計算出從節(jié)點與主節(jié)點之間的距離l及主節(jié)點與從節(jié)點行進方向的偏轉角從節(jié)點將獲得的距離l與偏轉角的信息廣播出去；

步驟三、采用協(xié)調(diào)器接收步驟一中主節(jié)點的廣播信息和步驟二中從節(jié)點的廣播信息后，將各個移動節(jié)點的位置信息、每個從節(jié)點與主節(jié)點之間的距離l及主節(jié)點與每個從節(jié)點行進方向的偏轉角發(fā)送給上位機；

步驟四、上位機根據(jù)接收到的每個從節(jié)點與主節(jié)點之間的距離l及主節(jié)點與每個從節(jié)點行進方向的偏轉角對該移動節(jié)點編隊進行位置跟蹤，并將K的值加1，并將第K+1時刻的隊形期望矩陣Sd通過在協(xié)調(diào)器在無線網(wǎng)絡內(nèi)廣播；

所述隊形期望矩陣Sd包括期望距離l_d及期望角度

步驟五、移動節(jié)點編隊中的各節(jié)點接收上位機發(fā)送的隊形期望矩陣Sd，各從節(jié)點將第K時刻下的從節(jié)點與主節(jié)點之間的距離l與該期望矩陣Sd中的期望距離l_d進行比較；同時從節(jié)點將第K時刻下的主節(jié)點與每個從節(jié)點行進方向的偏轉角與期望角度進行比較；根據(jù)就近原則選取出該從節(jié)點的期望距離與期望偏轉角度；

步驟六、從節(jié)點采用雙閉環(huán)控制法，根據(jù)步驟五選取出的該從節(jié)點的期望距離與期望偏轉角度對自身的行進方向和速度進行調(diào)整，直至從節(jié)點達到期望的距離與偏轉角度后，調(diào)整至與主移動節(jié)點同步運動；

完成第K+1時刻下的移動節(jié)點隊形變換，返回步驟一，進行下一時刻的移動節(jié)點隊形變換。

實現(xiàn)上述基于無線傳感器網(wǎng)絡的移動節(jié)點隊形變換方法的裝置包括隊形控單元、N個移動節(jié)點和M個信標節(jié)點；隊形控制單元、N個移動節(jié)點和M個信標節(jié)點均分布在無線網(wǎng)絡內(nèi)；

隊形控制單元包括上位機、內(nèi)嵌有無線通信模塊的協(xié)調(diào)器和控制端天線；所述上位機的控制信號輸出端連接內(nèi)嵌有無線通信模塊的協(xié)調(diào)器的控制信號輸入端，調(diào)協(xié)器的無線信號輸出端連接控制端天線的末端；

每個移動節(jié)點包括節(jié)點端天線、A/D轉換器、濾波放大器、磁阻傳感器、內(nèi)嵌有無線通信模塊的核心控制器和電機驅動裝置；

磁阻傳感器的磁阻采集信號輸出端連接濾波放大器的信號輸入端，濾波放大器(6)的濾波后信號輸出端連接A/D轉換器的模擬信號輸入端，A/D轉換器的數(shù)字信號輸出端連接內(nèi)嵌有無線通信模塊的核心控制器的數(shù)字信號輸入端，內(nèi)嵌有無線通信模塊的核心控制器的控制信號輸出端連接電機驅動裝置的控制信號輸入端；節(jié)點端天線(4)的末端與內(nèi)嵌有無線通信模塊的核心控制器的無線信號輸入端連接。