一种基于无线传感网络的多机器人队形控制系统的制作方法

本发明涉及机器人技术技术领域，特别涉及一种基于无线传感网络的多机器人队形控制系统。

背景技术：

随着机器人的应用日益广泛，在人类难以到达或者接近的危险复杂环境中，利用机器人代理人们进行重复性高危险性大的工作，不仅解放了劳动力，而且提高了工作效率。但是由于部分环境及工作复杂，采用单个机器人根本无法安全有效地完成任务。从而需要多个机器人共同完成一个任务闲得日益重要；对机器人的队形进行准确有效控制是机器人协作共同完成一个任务的必要步骤。对于机器人系统来说,多机器人保持特定的队形会有以下优势：(1)每个机器人的周围环境可能会不一样并且每个机器人的能力有限，不能对整个环境感知和系统化。如果机器人之间分工合作，共享周围的环境，以便系统能迅速对外界干扰做出正确的反应；(2)多机器人保持特定的队形能增强对外界的攻击的防御能力；(3)在特定任务中,保持特定的队形能事半功倍；(4)能提高系统的鲁棒性。

技术实现要素：

鉴于以上内容，有必要提供一种基于无线传感网络的多机器人队形控制系统，以实现对机器人队形进行准确控制。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种基于无线传感网络的多机器人队形控制系统，其特征在于，包括控制中心和机器人；

所述机器人包括机器人的机械机构、机器人电源模块、指南针模块、RFID读卡器模块、机器人无线通信模块、机器人串口模块和机器人控制模块；

所述控制中心包括控制中心电源模块、控制中心串口模块、控制中心无线通信模块和控制中心控制模块；

所述机器人电源模块为整个机器人提供电源；

所述控制中心电源模块为整个控制中心提供电源；

所述机器人控制模块通过所述机器人串口模块与所述机器人无线通信模块相连；

所述控制中心控制模块通过控制中心串口模块与所述控制中心无线通信模块相连；

所述指南针模块与所述机器人控制模块相连为机器人提供行进导航；

所述RFID读卡器模块与所述机器人控制模块相连，所述RFID读卡器模块读取坐标确定机器人当前所处位置；

所述机器人无线通信模块与所述控制中心无线通信模块进行组网以给对方发送信号或接受对方所发送信号；

所述机器人控制模块用于控制所属机器人行进方向；

所述控制中心控制模块用于接收到所有机器人的坐标位置偏角，然后根据预先设定好的队形作对比处理，输出各个机器人的控制指令。

进一步的，所述机械结构包括驱动机器人的舵机，所述舵机接受机器人控制模块所发出指令信号，驱动机器人行进。

进一步的，所述控制中心控制模块及所述机器人控制模块均以STM32F103VCT6处理器作为主控制芯片。

进一步的，所述控制中心无线通信模块及所述机器人无线通信模块均以CC2530F256芯片作为无线通信平台芯片。

进一步的，所述STM32F103VCT6处理器及所述CC2530F256芯片均采用JTAG方式连接仿真器。

进一步的，所述CC2530F256芯片均采用JTAG为10P双排针连接仿真器。

进一步的，所述指南针模块采用GY-26指南针。

本发明具有如下有益效果：

本发明基于无线传感网络的多机器人队形控制系统方案，指南针还有RFID射频卡，实现了机器人的定位于形态的评估，实现了对多个机器人队形控制，本方案对机器人队形控制位置精确。本发明系统无线传输过程丢包率低，机器人可以很好完成控制中心发出的指令，指南针读取数据稳定。

【附图说明】

图1为本发明基于无线传感网络的多机器人队形控制系统系统流程图。

图2为本发明基于无线传感网络的多机器人队形控制系统STM32F103VCT6处理器及外围电路图。

图3为本发明基于无线传感网络的多机器人队形控制系统机器人队形控制流程图。

【具体实施方式】

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，当组件被称为“固定于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

请参见附图，一种基于无线传感网络的多机器人队形控制系统，包括控制中心和机器人；

机器人包括机器人的机械机构、机器人电源模块、指南针模块、RFID读卡器模块、机器人无线通信模块、机器人串口模块和机器人控制模块；控制中心包括控制中心电源模块、控制中心串口模块、控制中心无线通信模块和控制中心控制模块；机器人电源模块为整个机器人提供电源；控制中心电源模块为整个控制中心提供电源；机器人控制模块通过机器人串口模块与机器人无线通信模块相连；控制中心控制模块通过控制中心串口模块与控制中心无线通信模块相连；指南针模块与机器人控制模块相连为机器人提供行进导航；RFID读卡器模块与机器人控制模块相连，RFID读卡器模块读取坐标确定机器人当前所处位置；机器人无线通信模块与控制中心无线通信模块进行组网以给对方发送信号或接受对方所发送信号；机器人控制模块用于控制所属机器人行进方向；控制中心控制模块用于接收到所有机器人的坐标位置偏角，然后根据预先设定好的队形作对比处理，输出各个机器人的控制指令。

机械结构包括驱动机器人的舵机，所述舵机接受机器人控制模块所发出指令信号，驱动机器人行进；所述舵机包括舵盘、减速齿轮组、位置反馈电位计、直流电机和控制电路；控制电路板接受来自信号线的控制信号，控制电机转动，电机带动一系列齿轮组，减速后传动至输出舵盘。舵机的输出轴和位置反馈电位计是相连，舵盘转动的同时，带动位置反馈电位计，电位计将输出一个电压信号到控制电路板，进行反馈，然后控制电路板根据所在位置决定电机转动的方向和速度，从而达到目标停止。

进一步的，控制中心控制模块及机器人控制模块均以STM32F103VCT6处理器作为主控制芯片，其中主要包含了2个串行通信接口，1个IIC数据接口，1个JTAG下载接口，电源稳压电路等。STM32的12、13引脚为外部时钟输入端，C15、C16的值为22PF；X2为8M的晶振，使用8M是为了倍频。R26和C5组成复位电路，STM32是低电平复位；C17、C7、C18、C19、C20为退偶电容。控制中心无线通信模块及机器人无线通信模块均以CC2530F256芯片作为无线通信平台芯片。STM32F103VCT6处理器及CC2530F256芯片均采用JTAG方式连接仿真器。CC2530F256芯片JTAG为10P双排针方便连接仿真器下载和调试程序。指南针模块采用GY-26指南针。

指南针模块工作流程为：开始初始化I/O端口，发送起始信号，发送器件地址与信号，发送测量角度指令，发送器件地址与读取信号，读取角度值。

RFID读卡器模块工作流程为，RFID读卡器通过串口与STM32连接的，程序设计开始首先要配置通信端口、信号端口的引脚工作模式、波特率。当RFID卡的使能端处于高电平时处于待机模式，当使能端呗拉低后进入工作模式，然后驱动天线查询标签。若有RFID卡在天线区域内，唯一的ID以12个字节ASCII字符串以下方式发生给STM32，STM32把这个字符串的内容提取并转换后得到卡号。

机器人定位流程为：将所有的卡号值放到30*30的数组内，把读到的卡号值与数组内的所有卡号进行对比，找到对应的卡号后把坐标值给返回。然后机器人就可以把这个坐标值发送给机器人控制模块，机器人控制模块就能判定机器人的位置。

队形控制流程为：控制中心控制模块接收到所有机器人的坐标位置偏角，然后根据预先设定好的队形作对比，然后输出各个机器人的控制指令通过无线发送出去，机器人接收到对应的指令后执行直走，后退，左右转等操作。

下面简述本发明基于无线传感网络的多机器人队形控制系统工作原理：建立共用n×m个RFID卡铺设的实验场地，建立一个n行m列的数组W，将n×m个RFID卡存入数组W中。存储的方式是：第i行第j列的RFID卡的ID号存入数组W的第i行第j列中，即将RFID卡ID号存入与数组W相同行列的成员中。建立存储RFID卡ID号的数组W是为了方便机器人查询自身的位置，当机器人读到当前RFID卡ID号时，就可以在数组W中找到对应的位置信息，由于实验场地被划分为n行m列的格子，每个格子里都有一张RFID卡，并且只有一张RFID卡。因此，每个RFID卡有且仅有一个位置与之相对应，这个位置可以模糊表示为i行j列，即RFID卡所在的行列数。设机器人利用RFID读取设备当前ID号，即表示为q。通过搜索数组W找到与之相同的ID号，并返回该成员的行列数Q，得到Q的信息就可定位机器人的准确位置。机器人根据RFID卡号信息和指南针的偏转角度可以实现机器人的路线控制。