[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

技術領域

本發明涉及多機器人定位、無線定位、移動傳感器網絡定位，特別涉及一種混雜式多移動機器人系統無線定位方法。

背景技術

無線定位技術已經得到了廣泛的應用，如全球定位系統（GPS）等已經廣泛應用于軍事、商業和民用領域。GPS定位需要在無遮擋的室外環境，并且需要固定的基礎設施，用戶節點的能耗大、成本高。采用GPS定位的多移動機器人系統往往由于GPS信號干擾等因素而定位失效；使用里程計或者慣性器件進行相對定位的方法具有累積誤差，隨著機器人運動距離的增加，累積誤差將無法接受而出現定位失敗；將GPS和相對定位方法結合的定位系統得到了廣泛的研究，這種系統借用兩種定位方法的優點，取長補短，實現了比較好的定位效果，但是這種定位方法需要組建復雜的定位系統，能耗和計算資源需求比較大，對于微小型的多機器人系統不能適用。針對微小型的多機器人定位，研究者使用多個固定的位置已知的信標節點配合相應的定位方法實現了對機器人的定位，但是這種方法需要建立許多固定的信標節點，成本高，并且隨著機器人的運動范圍不同，這種定位方法具有一定的局限性，如中國專利CN200910089308.7中基于有源RFID信標的定位等。還有基于視覺定位等方法，如中國專利CN201110207544.1和中國專利CN200910035489.5所需要的設備復雜，數據處理和計算復雜，對于感知和計算資源有限的機器人不太適用。針對多機器人系統的定位問題，本專利設計了一種混雜式多機器人系統定位方法，使用一個位置可知機器人配合本定位方法可以實現對多個位置未知機器人進行定位，這種定位方法需要的成本低，應用范圍廣，對多機器人的實用化具有一定的幫助作用。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于，克服現有的多機器人定位方法所需設備多，定位方法復雜等缺陷和不足，設計一種簡單實用的多機器人靜態定位方法以及多機器人動態定位方法。

本發明采取的技術方案為：一種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能量供應充足，具有較強的計算能力，其運動精度比較高；所述的多個位置未知機器人體積小，質量輕，計算資源有限，只帶有少量傳感器，但具有無線通信能力，可以與位置可以自動檢測的機器人進行無線通信。

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，四輪移動機體具有比較高的運動精度，差分驅動可以實現機器人的前進、后腿、左轉和右轉等基本運動功能；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；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，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，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，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；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；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，運動機構可以是輪式、履帶式、彈跳、翻滾等任何形式的運動機構，只要能實現機器人的運動和穩定站立等基本功能即可；電源模塊為小型鋰電池，體積小、質量小，能量供應有限；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；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。

兩個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。

所述的多機器人無線定位方法分為靜態定位方法和動態定位方法。

所述的多機器人靜態定位方法為：