[發(fā)明專利]基于UWB定位廣播式多移動機(jī)器人動態(tài)虛擬交互方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010869857.2
• 申請日: 2020-08-26
• 公開（公告）號: CN112087718B
• 公開（公告）日: 2021-07-13
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 胡江平;沈昭宇;李詠章;苑港碩;穆尚群
• 申請（專利權(quán)）人: 電子科技大學(xué)
• 主分類號: H04W4/029
• 分類號: H04W4/029;H04W4/06;H04W4/33;H04W64/00;G01S5/14
• 代理公司: 成都行之專利代理事務(wù)所(普通合伙) 51220
• 代理人: 溫利平

本發(fā)明公開了一種基于UWB定位廣播式多移動機(jī)器人動態(tài)虛擬交互方法，通過UWB模塊采集各基站之間的距離信息及各移動機(jī)器人機(jī)載標(biāo)簽與各基站的距離信息，并通過主基站發(fā)送至上位機(jī)，建立UWB定位坐標(biāo)系；在移動機(jī)器人中內(nèi)建動態(tài)虛擬網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的構(gòu)成規(guī)則，以及在上位機(jī)中先建立移動機(jī)器人身份信息集合，通過解算原始坐標(biāo)信息得出各移動機(jī)器人位置信息，并將移動機(jī)器人身份信息與位置信息進(jìn)行綁定；各移動機(jī)器人接收到上位機(jī)廣播的綁定后的身份信息與位置信息，實現(xiàn)結(jié)合集中式通信系統(tǒng)與分布式控制系統(tǒng)的混雜網(wǎng)絡(luò)生成，通過上述動態(tài)虛擬網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的構(gòu)成規(guī)則完成動態(tài)虛擬交互。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于移動機(jī)器技術(shù)領(lǐng)域，更為具體地講，涉及一種基于UWB定位廣播式多移動機(jī)器人動態(tài)虛擬交互方法。

背景技術(shù)

UWB中文名超寬帶(Ultra Wide Band，UWB)，是一種無載波通信技術(shù)，利用納秒至微秒級的非正弦波窄脈沖傳輸數(shù)據(jù)。超寬帶通信是以脈沖為信號的新型通訊方法，解決了困擾傳統(tǒng)無線通信技術(shù)多年的有關(guān)傳播方面的重大難題，具有對信道衰落不敏感、高速數(shù)據(jù)傳輸、發(fā)射信號功率譜密度低、截獲率低、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的實現(xiàn)簡單、工程簡單造價便宜、能提供數(shù)厘米的定位精度等優(yōu)點。此外，在抗多徑能力和穿透性方面也有著較好表現(xiàn)，適用于高精度的室內(nèi)定位。

近年來，移動機(jī)器人技術(shù)發(fā)展迅速，相較于單移動機(jī)器人系統(tǒng)，多移動機(jī)器人系統(tǒng)擁有更強(qiáng)的性能與魯棒性，可以完成單機(jī)器人無法勝任的高度復(fù)雜任務(wù)，對于實現(xiàn)在分布式空間環(huán)境中協(xié)同完成任務(wù)具有重大意義。受通訊時延等多方面因素的影響，實現(xiàn)移動機(jī)器人之間的高效率通訊一直是該領(lǐng)域的難題。

傳統(tǒng)的多移動機(jī)器人編隊控制方法分為集中式控制與分布式控制兩大類，集中式控制存在上位機(jī)承擔(dān)幾乎全部運(yùn)算壓力等缺點，難以消除因運(yùn)算壓力帶來的控制延遲，移動機(jī)器人的控制一致性不能得到保證；分布式控制技術(shù)要求較高，系統(tǒng)總體的協(xié)調(diào)與優(yōu)化是一個世界性的難題，且數(shù)據(jù)通訊量大，對通訊設(shè)備的要求極高

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于UWB定位廣播式多移動機(jī)器人動態(tài)虛擬交互方法，具體實現(xiàn)了一種混雜式網(wǎng)絡(luò)生成方法——在集中式位置解碼、分布式位置更新框架下通過構(gòu)建虛擬動態(tài)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)規(guī)則，對各移動機(jī)器人實現(xiàn)類分布式控制；其中，機(jī)器人位置測量依賴于集中式廣播，機(jī)器人位置更新依賴于分布式計算。

為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明一種基于UWB定位廣播式多移動機(jī)器人動態(tài)虛擬交互方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)、UWB模塊采集各基站之間的距離信息及各移動機(jī)器人機(jī)載標(biāo)簽與各基站的距離信息，并通過主基站發(fā)送至上位機(jī)，建立UWB定位坐標(biāo)系；

(2)、移動機(jī)器人建立動態(tài)虛擬網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的構(gòu)成規(guī)則；

其中，(x_i,y_i)、(x_j,y_j)表示第i個和第j個移動機(jī)器人在UWB定位坐標(biāo)系中的位置坐標(biāo)信息，i≠j i,j∈[1,n]，σ₁、σ₂為距離閾值下限和上限；

(3)、上位機(jī)綁定并廣播身份信息與位置坐標(biāo)信息集合；

(3.1)、在UWB定位坐標(biāo)系下，上位機(jī)通過三點定位法解算各移動機(jī)器人機(jī)載標(biāo)簽與各基站的距離信息，得到移動機(jī)器人位置坐標(biāo)信息集合{S₁,S₂,…,S_i,…,S_n}^T；

(3.2)、在上位機(jī)建立移動機(jī)器人的身份信息集合{Q₁,Q₂,…,Q_i,…,Q_n}，Q_i表示第i個移動機(jī)器人的身份信息，n表示移動機(jī)器人總個數(shù)；