[發明專利]一種混雜式多移動機器人系統無線定位方法

有效

• 申請號: 201310215027.8
• 申請日: 2013-05-30
• 公開（公告）號: CN103257353A
• 公開（公告）日: 2013-08-21
• 發明（設計）人: 張軍;宋光明;彭瑾;張穎;宋愛國
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G01S19/47
• 分類號: G01S19/47
• 代理公司: 江蘇永衡昭輝律師事務所 32250
• 代理人: 齊旺

1.一種混雜式多機器人無線定位系統，其特征在于，該混雜式多機器人無線定位系統由監控中心、一個位置可知機器人和多個位置未知機器人組成，所述的監控中心可以控制位置可知機器人和位置未知機器人的運動，并可以顯示系統定位的結果；所述的位置可知機器人由四輪移動機體、電源管理系統、傳感器系統、無線通信系統、控制處理系統組成，

所述四輪移動機體可以實現機器人的前進、后腿、左轉和右轉的運動功能；所述電源管理系統為機器人的其它系統提供能量和電壓電流信息監測功能；所述傳感器系統由里程計、三軸磁力計、三軸加速度計以及GPS信號接收設備組成，所述里程計可以檢測機器人的直線運動距離從而確定機器人的位置，所述三軸磁力計和三軸加速度計可以用于檢測機器人的航向信息以及機器人的傾角信息，所述GPS信號接收設備可以解算出機器人的位置信息，通過加速度多傳感器信息融合可以彌補單個傳感器的缺陷和提高定位精度；所述無線通信系統可以實現與多個位置未知機器人的通信，實現對多個位置未知機器人的定位，也可以實現將定位結果無線發送給監控中心以及接收監控中心的控制命令；所述控制處理系統實現整個位置可知機器人的運動、感知、通信控制功能；

所述的位置未知機器人由運動機構、電源模塊、傳感器模塊和無線通信控制模塊組成，所述運動機構為輪式、履帶式、彈跳或翻滾的任一形式的運動機構；所述電源模塊為小型鋰電池；所述傳感器模塊包括一個三軸磁力計和一個三軸加速度計，用于檢測機器人的移動距離；所述無線通信控制模塊可以實現機器人的運動控制、傳感器信息處理、無線數據收發和自身位置計算。

2.如權利要求1所述的混雜式多機器人無線定位系統，其中位置可知機器人和位置未知機器人之間的無線測距的方法采用無線信號傳播的衰減模型公式RSSI(d)=RSSI(d₀)-10nlg(d/d₀)-ξσ，其中RSSI(d0)是位置未知機器人在距離位置可知機器人距離為1米的情況下兩者之間通信的信號強度，n為路徑衰減指數，ξσ為標準偏差為σ的正態隨機變量，n和ξσ在定位前可以通過實驗測得，定位時只需要測得兩個機器人之間距離為d的時候的無線信號強度RSSI(d)即可根據上述計算公式得到距離d。

3.一種如權利要求1或2所述的混雜式多移動機器人無線定位系統的無線定位方法，其中一個位置可知機器人在位置（x_2-1,y_2-1）處檢測并記錄自身的位置信息，然后將自身的位置信息（x_2-1,y_2-1）廣播發送給所有位置未知機器人i(i=3,4,5…N)，并等待多個位置未知機器人i(i=3,4,5…N)的反饋確認信息；位置未知機器人i收到廣播信息后將位置可知機器人的位置（x_2-1,y_2-1）記錄下來，并提取無線通信的信號強度信息，根據提取的信號強度使用上述測距方法計算自身與位置（x_2-1,y_2-1）之間的距離d_2-1-i,然后發送反饋確認信息給位置可知機器人；收到所有位置未知機器人i(i=3,4,5…N)的反饋確認信息后，位置可知機器人開始從位置（x_2-1,y_2-1）隨機移動到位置（x_2-2,y_2-2），根據自身的里程計或者GPS等傳感器測得位置（x_2-2,y_2-2）的信息，然后將自身的位置（x_2-2,y_2-2）廣播發送給所有位置未知機器人i(i=3,4,5…N)，并等待多個位置未知機器人的反饋確認信息；位置未知機器人i(i=3,4,5…N)收到廣播信息后將位置可知機器人新的位置（x_2-2,y_2-2）記錄下來，并提取無線通信的信號強度信息，根據提取的信號強度使用上述測距方法計算自身與位置（x_2-2,y_2-2）之間的距離d_2-2-i，然后發送反饋確認信息給位置可知機器人；

收到所有多機器人的反饋確認信息后，位置可知機器人開始從位置（x_2-2,y_2-2）隨機移動到位置（x_2-3,y_2-3），根據自身的里程計或者GPS等傳感器測得位置（x_2-3,y_2-3）的信息，并通過計算保證（x_2-1-x_2-3）·（y_2-2-y_2-3）-（x_2-2-x_2-3）·（y_2-1-y_2-3）≠0，否則移動到新的位置（x_2-3,y_2-3）并重新判斷上面的不等式是否成立，保證不等式成立后將自身的位置（x_2-3,y_2-3）廣播發送給所有位置未知機器人i(i=3,4,5…N)，并等待多個位置未知機器人的反饋確認信息；多個位置未知機器人i(i=3,4,5…N)收到廣播信息后將位置可知機器人新的位置（x_2-3,y_2-3）記錄下來，并提取無線通信的信號強度信息，然后發送反饋確認信息給位置可知機器人，并根據提取的信號強度使用上述測距方法計算自身與位置（x_2-3,y_2-3）之間的距離d_2-3-i；

當多個位置未知機器人i(i=3,4,5…N)得到了其自身位置（x_i,y_i）與位置（x_2-1,y_2-1）、（x_2-2,y_2-2）和（x_2-3,y_2-3）之間的距離d_2-1-i、d_2-2-i和d_2-3-i后就可以使用三邊測量法得到其自身的位置坐標x_i和y_i：

xiyi=2(x2-1-x2-3)2(y2-1-y2-3)2(x2-2-x2-3)2(y2-2-y2-3)]-1[x2-12-x2-32+y2-12-y2-32+d2-3-i2-d2-1-i2x2-12-x2-32+y2-22-y2-32+d2-3-i2-d2-2-i2i=3,4,5...N]]>

如此可以一次性快速的得到所有位置未知機器人i(i=3,4,5…N)的位置信息，隨后多個未知位置機器人將自己的位置信息無線發送給位置可知機器人，位置可知機器人將位置未知機器人的位置信息發送給監控中心，監控中心可以將定位結果進行顯示。

4.如權利要求3所述的混雜式多移動機器人無線定位系統的無線定位方法，其中位置可知機器人和位置未知機器人i(i=3,4,5…N)都處于動態運動之中，位置可知機器人檢測在任意時刻的位置信息，并且周期性的將自己的位置信息廣播發送給所有位置未知機器人i(i=3,4,5…N)，而多個位置未知機器人i(i=3,4,5…N)也處于其自身的動態運動過程中，它們在接收到至少三個位置可知機器人的位置信息的時候就使用上面的靜態定位方法實現其自身位置的確定，從而實現自身的定位，多個未知位置機器人將自己的位置信息無線發送給位置可知機器人，位置可知機器人將位置未知機器人的位置信息發送給監控中心，監控中心可以將定位結果進行顯示。