基于WSN的機(jī)器人高精度室內(nèi)定位跟蹤系統(tǒng).pdf

1、定位跟蹤作為無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵問題之一，引起研究機(jī)構(gòu)的廣泛關(guān)注。移動(dòng)機(jī)器人具有和環(huán)境主動(dòng)交互的功能，在許多場(chǎng)合能夠替代人類自動(dòng)執(zhí)行某些日常性與危險(xiǎn)性任務(wù)。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)與機(jī)器人結(jié)合的研究，尤其是基于WSN的機(jī)器人定位跟蹤技術(shù)的研究，已成為近年來(lái)研究的熱點(diǎn)領(lǐng)域。本文針對(duì)移動(dòng)機(jī)器人在室內(nèi)高精度定位的實(shí)際需求，依托無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)開發(fā)了性能優(yōu)越的高精度室內(nèi)定位跟蹤系統(tǒng)。
　　針對(duì)被動(dòng)式TDOA室內(nèi)定位系統(tǒng)對(duì)移動(dòng)目標(biāo)定位效果較差的缺陷，

2、本文設(shè)計(jì)了一種主動(dòng)式架構(gòu)的室內(nèi)定位系統(tǒng)，該系統(tǒng)由目標(biāo)節(jié)點(diǎn)、信標(biāo)節(jié)點(diǎn)、匯聚節(jié)點(diǎn)和位置計(jì)算裝置組成，系統(tǒng)利用目標(biāo)節(jié)點(diǎn)發(fā)送的射頻信號(hào)和超聲波信號(hào)的到達(dá)時(shí)間差進(jìn)行距離測(cè)量，然后利用極大似然估計(jì)算法對(duì)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行位置估算。針對(duì)信標(biāo)節(jié)點(diǎn)在短時(shí)間內(nèi)向匯聚節(jié)點(diǎn)的大量數(shù)據(jù)傳輸問題，設(shè)計(jì)了一種基于信標(biāo)節(jié)點(diǎn)編號(hào)的分時(shí)數(shù)據(jù)傳輸方法，相比基于掃頻式的多點(diǎn)傳輸方式具有更高的可靠性，系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)之間協(xié)作精度達(dá)到毫秒級(jí)。通過對(duì)系統(tǒng)的測(cè)距誤差進(jìn)行分析和校正，能夠?qū)崿F(xiàn)1cm的

3、測(cè)距精度?；?NET平臺(tái)開發(fā)了定位演示軟件，實(shí)現(xiàn)了目標(biāo)節(jié)點(diǎn)位置估算和實(shí)時(shí)顯示。
　　本文還設(shè)計(jì)了在上述定位系統(tǒng)下工作的移動(dòng)機(jī)器人系統(tǒng)。移動(dòng)機(jī)器人采用ARM處理器，移植了μC/OS-Ⅱ系統(tǒng)對(duì)機(jī)器人各項(xiàng)功能進(jìn)行管理，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)穩(wěn)定可靠運(yùn)行?；赯igBee的無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)，能夠?qū)崿F(xiàn)與定位系統(tǒng)數(shù)據(jù)交互，解決無(wú)線信號(hào)難以在復(fù)雜室內(nèi)環(huán)境下的實(shí)時(shí)傳輸問題。基于.NET平臺(tái)設(shè)計(jì)了PC端機(jī)器人監(jiān)控軟件，能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制和位置跟蹤監(jiān)測(cè)。

4、r>　　關(guān)于信標(biāo)節(jié)點(diǎn)的部署問題，通過仿真實(shí)驗(yàn)獲得了正方形和正六邊形的最優(yōu)部署方式，并且設(shè)計(jì)了基于ZigBee網(wǎng)絡(luò)的大規(guī)模部署策略。在理論算法方面，采用卡爾曼濾波算法實(shí)現(xiàn)了對(duì)移動(dòng)機(jī)器人目標(biāo)的高精度跟蹤，能夠有效抑制超聲波反射衍射造成的干擾。
　　本文設(shè)計(jì)定位跟蹤系統(tǒng)體積小巧、抗干擾能力強(qiáng)，具有功耗低、計(jì)算量小等特點(diǎn)。大量的實(shí)際測(cè)試表明:系統(tǒng)定位誤差小于5cm，定位頻率可達(dá)20Hz，在多個(gè)性能指標(biāo)上優(yōu)于國(guó)內(nèi)外類似系統(tǒng)，適用于移動(dòng)機(jī)器人