基于ZigBee技术的多移动智能体跟踪系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型基于ZigBee技术的多移动智能体跟踪系统，包括领航小车和若干个跟随小车，领航小车和各跟随小车上均设置有ZigBee模块和动力驱动模块，领航小车上还设置有领航核心控制模块和超声避障模块，各跟随小车上还设置有跟随核心控制模块和2个红外测距模块；领航小车上的ZigBee模块、动力驱动模块和超声避障模块均与领航核心控制模块相连接，各跟随小车上的ZigBee模块、动力驱动模块和红外测距模块均与跟随核心控制模块相连接；领航小车上的ZigBee模块与上位机无线通信连接且所有小车之间通过ZigBee模块形成中继式自动组网。该系统结构简单、容易控制，单个智能体可控性强，个体间协同性好。
【专利说明】
基于Z i gBee技术的多移动智能体跟踪系统
技术领域
[0001]本实用新型涉及一种基于ZigBee技术的多移动智能体跟踪系统，属于多智能体技术领域。
【背景技术】
[0002]多智能体技术是人工智能技术发展的较高阶段，在机器人及人工智能控制领域，多移动智能体系统是一个典型的复杂系统，在这个复杂系统中，多移动智能体的协调合作控制是当前的一个研究热点。现有的多移动智能体系统结构复杂、不易控制，对单个智能体的可控性较低，个体间协同性差。
【实用新型内容】
[0003]本实用新型为了克服以上技术的不足，提供了一种基于ZigBee技术的多移动智能体跟踪系统，该系统将Arduino核心控制器与ZigBee无线传感器网络技术相结合，利用了Arduino开发板的开源性简化系统硬件设计和软件设计，利用了 ZigBee无线传感器网络模块组网简便，在较远距离仍能可靠通信的特点，保证控制命令的可靠传输，通过超声避障模块返回数据实现自动导航，红外测距模块监测数据产生判断实现自动跟踪，从而实现多辆移动智能体小车的跟踪编队。
[0004]移动智能体具有两种运动模式，一种是依靠领航小车上安装的超声避障模块功能避障，跟随小车跟随的自动模式；另一种是依靠上位机向领航小车发出前进、后退、左转、右转、加速、减速等指令，跟随小车跟随的半自动模式。
[0005]本实用新型克服其技术问题所采用的技术方案是:
[0006]一种基于ZigBee技术的多移动智能体跟踪系统，包括若干个智能小车，智能小车包括领航小车和若干个跟随小车，领航小车和各跟随小车上均设置有ZigBee模块和动力驱动模块;领航小车上还设置有领航核心控制模块和超声避障模块，各跟随小车上还设置有跟随核心控制模块和2个红外测距模块;所述领航小车上的ZigBee模块、动力驱动模块和超声避障模块均与领航核心控制模块相连接，各跟随小车上的ZigBee模块、动力驱动模块和红外测距模块均与跟随核心控制模块相连接;所述领航小车上的ZigBee模块与上位机无线通信连接，且所有智能小车之间通过ZigBee模块形成中继式自动组网以进行无线通信连接。
[0007]根据本实用新型优选的，所述超声避障模块设置于领航小车的前端中间位置，2个红外测距模块分别设置于跟随小车的前端左右两侧。
[0008]根据本实用新型优选的，所述动力驱动模块包括左动力驱动模块和右动力驱动模块，左动力驱动模块包括控制智能小车左前轮的左电机MLl、控制智能小车左后轮的左电机ML2以及控制左电机MLI和左电机ML2的左电机驱动模块，右动力驱动模块包括控制智能小车右前轮的右电机MRl、控制智能小车右后轮的右电机MR2以及控制右电机MRl和右电机MR2的右电机驱动模块。
[0009]根据本实用新型优选的，所述左电机驱动模块和右电机驱动模块均采用L298N，包块的OUTl和0UT2引脚与左电机MLl相连接、左电机驱动模块的0UT3和0UT4引脚与左电机ML2相连接，右电机驱动模块的OUTl和0UT2引脚与右电机MRl相连接、右电机驱动模块的0UT3和0UT4引脚与右电机MR2相连接;所述领航核心控制模块和跟随核心控制模块均采用ArduinoUNO 1?3核心控制器，领航核心控制模块包括1?、了乂、04、05、06、07、08、010、011、012、￥丨11和6冊共12个引脚，跟随核心控制模块包括1?、了乂、04、05、06、010、011、012、￥丨11、6冊^0和厶1共12个引脚;所述ZigBee模块包括电源端VCC、接地端GND、信号发射端TX和信号接收端RX;所述超声避障模块采用HC-SR04，包括电源端VCC、接地端GND、控制端Trig和接收端Echo ；所述红外测距模块采用GP2D12，包括电源端VCC、接地端GND和信号端服，设位于跟随小车前端左侧的红外测距模块的信号端为HW1、前端右侧的红外测距模块的信号端为HW2。
[0010]根据本实用新型优选的，所述ZigBee模块的信号发送端TX与领航核心控制模块的RX引脚和/或跟随核心控制模块的RX引脚相连接，ZigBee模块的信号接收端RX与领航核心控制模块的TX引脚和/或跟随核心控制模块的TX引脚相连接；
[0011]所述超声避障模块的控制端Trig与领航核心控制模块的D7引脚相连接，超声避障模块的接收端Echo与领航核心控制模块的D8引脚相连接；
[0012]所述左侧红外测距模块的信号端HWl与跟随核心控制模块的AO引脚相连接，右侧红外测距模块的信号端HW2与跟随核心控制模块的Al引脚相连接；
[0013]所述领航核心控制模块的D4引脚和跟随核心控制模块的D4引脚均与左电机驱动模块的INl和IN3相连接，领航核心控制模块的D5引脚和跟随核心控制模块的D5引脚均与左电机驱动模块的IN2和IN4相连接，领航核心控制模块的D6引脚和跟随核心控制模块的D6引脚均与左电机驱动模块的ENl、EN2相连接;所述领航核心控制模块的DlO引脚和跟随核心控制模块的DlO引脚均与右电机驱动模块的INl和IN3相连接，领航核心控制模块的Dl I引脚和跟随核心控制模块的Dl I引脚均与右电机驱动模块的IN2和IN4相连接，领航核心控制模块的D12引脚和跟随核心控制模块的D12引脚均与右电机驱动模块的ENl、EN2相连接。
[0014]本实用新型的有益效果是:
[0015]本实用新型将Arduino核心控制器与ZigBee无线传感器网络技术相结合，利用了Arduino开发板的开源性简化系统硬件设计和软件设计，利用了 ZigBee无线传感器网络模块组网简便，在较远距离仍能可靠通信的特点，保证控制命令的可靠传输，通过超声避障模块返回数据实现自动导航，红外测距模块监测数据产生判断实现自动跟踪，从而实现多辆移动智能体小车的跟踪编队；该跟踪系统结构简单、容易控制，单个智能体可控性强，个体间协同性好。
【附图说明】
[0016]图1为本实用新型的原理不意图。
[0017]图2为本实用新型领航小车的结构示意图。
[0018]图3为本实用新型跟随小车的结构示意图。
[0019]图4为本实用新型左动力驱动模块的引脚示意图。
[0020]图5为本实用新型右动力驱动模块的引脚示意图。[0021 ]图6为本实用新型超声避障模块的引脚示意图。
[0022]图7为本实用新型红外测距模块的引脚示意图。
[0023]图8为本实用新型领航核心控制模块的引脚示意图。
[0024]图9为本实用新型跟随核心控制模块的引脚示意图。
[0025]图10为本实用新型ZigBee模块的引脚示意图。
[0026]图11为本实用新型领航小车的程序流程图。
[0027]图12为本实用新型跟随小车的程序流程图。
[0028]图中，1、ZigBee模块，2、动力驱动模块，21、左动力驱动模块，22、右动力驱动模块，
3、领航核心控制模块，4、超声避障模块，5、跟随核心控制模块，6、红外测距模块。
【具体实施方式】
[0029]为了便于本领域人员更好的理解本实用新型，下面结合附图和具体实施例对本实用新型做进一步详细说明，下述仅是示例性的不限定本实用新型的保护范围。
[0030]如图1所示，本实用新型基于ZigBee技术的多移动智能体跟踪系统，包括若干个智能小车，智能小车包括I个领航小车(如图2所示)和若干个跟随小车(如图3所示)，第I辆跟随小车跟随在领航小车的后面，第2辆跟随小车跟随在第I辆跟随小车的后面，第3辆跟随小车跟随在第2辆跟随小车的后面，往后依次类推。领航小车上设置有ZigBee模块1、动力驱动模块2、核心控制模块3和超声避障模块4，所述超声避障模块4设置于领航小车的前端中间位置;各跟随小车上设置有ZigBee模块1、动力驱动模块2、跟随核心控制模块5和2个红外测距模块6，所述2个红外测距模块6分别设置于跟随小车的前端左右两侧，所有智能小车上均采用可充电锂电池作为电源。所述领航小车上的ZigBee模块与上位机无线通信连接，且所有智能小车之间通过ZigBee模块形成中继式自动组网以进行无线通信连接，领航小车上的ZigBee模块接收到上位机传送的指令，同时按照需要将跟随小车需要执行的上位机指令或由领航小车生成的指令转发到跟随小车，领航核心控制模块3解析后控制动力驱动模块2进入自动避障模式或者半自动避障模式实现前进、后退、左转、右转、加速、减速等动作，同时跟随小车前端的红外测距模块检测到与领航小车的距离在设定范围内，保证跟随小车跟随领航小车的运动轨迹，实现自动跟踪，多辆小车在跟踪的同时实现编队。
[0031]所述动力驱动模块2包括左动力驱动模块21和右动力驱动模块22，左动力驱动模块21包括左电机ML1、左电机ML2以及控制左电机MLI和左电机ML2的左电机驱动模块，右动力驱动模块22包括右电机MRl、右电机MR2以及控制右电机MRl和右电机MR2的右电机驱动模块，所述左电机MLI和左电机ML2分别控制智能小车左前轮和左后轮，右电机MRl和右电机MR2分别控制智能小车的右前轮和右后轮。
[0032]所述左电机驱动模块(如图4所示)和右电机驱动模块(如图5所示)均采用L298N，包括丫0:、6冊4附、1附、1吧、爪3、1财4吧、01]1'1、01712、01713和01714共12个引脚，左电机驱动模块的OUTI和0UT2引脚与左电机MLl相连接、左电机驱动模块的0UT3和0UT4引脚与左电机ML2相连接，右电机驱动模块的OUTl和0UT2引脚与右电机MRl相连接、右电机驱动模块的0UT3和0UT4引脚与右电机MR2相连接。
[0033]所述领航核心控制模块3和跟随核心控制模块5均采用Arduino UNO R3核心控制器，如图8所示，领航核心控制模块3包括1?、了乂、04、05、06、07、08、010、011、012、￥丨11和6仰共12个引脚。如图9所示，跟随核心控制模块5包括1?、了乂、04、05、06、010、011、012、￥丨11、6冊、八0和AI共12个引脚。如图1O所示，所述Z i gBee模块I包括电源端VCC、接地端GND、信号发射端TX和信号接收端RX。如图6所示，所述超声避障模块4采用HC-SR04，包括电源端VCC、接地端GND、控制端Trig和接收端Echo。如图7所示，所述红外测距模块6采用GP2D12，包括电源端VCC、接地端GND和信号端Hff，设位于跟随小车前端左侧的红外测距模块的信号端为HWl、前端右侧的红外测距模块的信号端为服2。
[0034]所述ZigBee模块I的信号发送端TX与领航核心控制模块3的RX引脚和/或跟随核心控制模块5的RX引脚相连接，ZigBee模块I的信号接收端RX与领航核心控制模块3的TX引脚和/或跟随核心控制模块5的TX引脚相连接。所述超声避障模块4的控制端Trig与领航核心控制模块3的D7引脚相连接，超声避障模块4的接收端Echo与领航核心控制模块3的D8引脚相连接。所述左侧红外测距模块6的信号端Hffl与跟随核心控制模块5的AO引脚相连接，右侧红外测距模块6的信号端HW2与跟随核心控制模块5的Al引脚相连接。所述领航核心控制模块3的D4引脚和跟随核心控制模块5的D4引脚均与左电机驱动模块的INl和IN3相连接，领航核心控制模块3的D5引脚和跟随核心控制模块5的D5引脚均与左电机驱动模块的IN2和IN4相连接，领航核心控制模块3的D6引脚和跟随核心控制模块5的D6引脚均与左电机驱动模块的ENl、EN2相连接;所述领航核心控制模块3的DlO引脚和跟随核心控制模块5的DlO引脚均与右电机驱动模块的INl和IN3相连接，领航核心控制模块3的Dll引脚和跟随核心控制模块5的Dll引脚均与右电机驱动模块的IN2和IN4相连接，领航核心控制模块3的D12引脚和跟随核心控制模块5的D12引脚均与右电机驱动模块的ENl、EN2相连接。
[0035]所述的ZigBee模块1、动力驱动模块2、超声避障模块4、红外测距模块6、领航核心控制模块3和跟随核心控制模块5的VCC端均与电源相连接，GND端均接地。
[0036]如图11所示，领航小车程序流程如下:
[0037]首先对领航小车进行系统初始化，保证各模块电路做好准备工作。上位机发出指令，领航小车判断是否接收到指令，如果未接收到指令，继续等待。如果接收到指令，指令为智能模式，则进入自动避障程序，通过核心板控制动力系统进行自动前进、后退、转弯等动作实现领航;如果接收到的上位机指令为半自动模式命令，则需要不断通过上位机输入指令控制领航小车前进、后退或转弯等避障动作，实现领航。
[0038]如图12所示，跟随小车程序流程如下:
[0039]跟随小车首先进行系统初始化;上位机发出指令，跟随小车判断是否接收到指令，如果未接收到指令，继续等待。如果接收到自动跟随模式指令则进入自动跟随模式，判断与领航小车是否在有效安全距离，如果在安全距离，则继续跟随领航小车的轨迹运动;如果不在设定的安全距离，则通过加速、减速等动作调整与领航小车的距离达到安全距离范围，然后跟随领航小车的轨迹运动。如果接收到上位机指令为半自动式跟随模式，则发出跟随小车会发出与领航小车同样的运动动作，并与领航小车保持在安全距离范围跟随领航小车运动轨迹运动，实现跟踪编队。
[0040]以上仅描述了本实用新型的基本原理和优选实施方式，本领域人员可以根据上述描述作出许多变化和改进，这些变化和改进应该属于本实用新型的保护范围。
【主权项】
1.一种基于ZigBee技术的多移动智能体跟踪系统，其特征在于: 包括若干个智能小车，智能小车包括领航小车和若干个跟随小车，领航小车和各跟随小车上均设置有ZigBee模块(I)和动力驱动模块(2);领航小车上还设置有领航核心控制模块(3)和超声避障模块(4)，各跟随小车上还设置有跟随核心控制模块(5)和2个红外测距模块(6)； 所述领航小车上的ZigBee模块(1)、动力驱动模块(2)和超声避障模块(4)均与领航核心控制模块(3 )相连接，各跟随小车上的Zi gBee模块(I)、动力驱动模块(2 )和红外测距模块(6)均与跟随核心控制模块(5)相连接； 所述领航小车上的ZigBee模块与上位机无线通信连接，且所有智能小车之间通过ZigBee模块形成中继式自动组网以进行无线通信连接。2.根据权利要求1所述的跟踪系统，其特征在于:所述超声避障模块(4)设置于领航小车的前端中间位置，2个红外测距模块(6)分别设置于跟随小车的前端左右两侧。3.根据权利要求1所述的跟踪系统，其特征在于:所述动力驱动模块(2)包括左动力驱动模块(21)和右动力驱动模块(22)，左动力驱动模块(21)包括控制智能小车左前轮的左电机ML1、控制智能小车左后轮的左电机ML2以及控制左电机MLI和左电机ML2的左电机驱动模块，右动力驱动模块(22)包括控制智能小车右前轮的右电机MRl、控制智能小车右后轮的右电机MR2以及控制右电机MRl和右电机MR2的右电机驱动模块。4.根据权利要求3所述的跟踪系统，其特征在于: 所述左电机驱动模块和右电机驱动模块均采用12981包括￥(:(:、6_4~1、1附、預2、爪3、1财4吧、01]1'1、01712、01713和01714共12个引脚，左电机驱动模块的01]1'1和01712引脚与左电机MLI相连接、左电机驱动模块的0UT3和0UT4引脚与左电机ML2相连接，右电机驱动模块的OUTI和0UT2引脚与右电机MRI相连接、右电机驱动模块的0UT3和0UT4引脚与右电机MR2相连接； 所述领航核心控制模块(3 )和跟随核心控制模块(5 )均采用Arduino UNO R3核心控制器，领航核心控制模块(3)包括1?、了乂、04、05、06、07、08、010、011、012、￥丨11和6_共12个引脚，跟随核心控制模块(5)包括1?、了乂、04、05、06、010、011、012、￥丨11、6仰)0和41共12个引脚； 所述ZigBee模块(I)包括电源端VCC、接地端GND、信号发送端TX和信号接收端RX; 所述超声避障模块(4)采用HC-SR04，包括电源端VCC、接地端GND、控制端Trig和接收端Echo ； 所述红外测距模块(6)采用GP2D12，包括电源端VCC、接地端GND和信号端HW，设位于跟随小车前端左侧的红外测距模块的信号端为HWl、前端右侧的红外测距模块的信号端为Hff 2 ο5.根据权利要求4所述的跟踪系统，其特征在于: 所述ZigBee模块(I)的信号发送端TX与领航核心控制模块(3)的RX引脚和/或跟随核心控制模块(5)的RX引脚相连接，ZigBee模块(I)的信号接收端RX与领航核心控制模块(3)的TX引脚和/或跟随核心控制模块(5)的TX引脚相连接； 所述超声避障模块(4 )的控制端Tr i g与领航核心控制模块(3 )的D7引脚相连接，超声避障模块(4)的接收端Echo与领航核心控制模块(3)的D8引脚相连接； 所述左侧红外测距模块(6)的信号端HWl与跟随核心控制模块(5)的AO引脚相连接，右侧红外测距模块(6)的信号端HW2与跟随核心控制模块(5)的Al引脚相连接； 所述领航核心控制模块(3)的D4引脚和跟随核心控制模块(5)的D4引脚均与左电机驱动模块的INl和IN3相连接，领航核心控制模块(3)的D5引脚和跟随核心控制模块(5)的D5引脚均与左电机驱动模块的IN2和IN4相连接，领航核心控制模块(3)的D6引脚和跟随核心控制模块(5)的D6引脚均与左电机驱动模块的ENl、EN2相连接;所述领航核心控制模块(3)的DlO引脚和跟随核心控制模块(5)的DlO引脚均与右电机驱动模块的INl和IN3相连接，领航核心控制模块(3)的Dl I引脚和跟随核心控制模块(5)的Dll引脚均与右电机驱动模块的IN2和IN4相连接，领航核心控制模块(3)的D12引脚和跟随核心控制模块(5)的D12引脚均与右电机驱动模块的ENl、EN2相连接。
【文档编号】G05D1/02GK205427617SQ201620235147
【公开日】2016年8月3日
【申请日】2016年3月25日
【发明人】常书惠, 高金凤, 卜斌
【申请人】济南职业学院