移動機器人定位與導航實驗平臺的製作方法
2023-06-08 18:58:21 2
專利名稱：移動機器人定位與導航實驗平臺的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及傳感器檢測和無線傳感網絡領域，特別涉及一種移動機器人定位與導航實驗平臺。
背景技術：
無線傳感器網絡是計算機、通信和傳感器等多領域技術相結合的產物，也是將信息獲取(傳感)、信息傳輸與信息處理三個過程進行融合的產物。無線傳感器網絡由大量密集分布的傳感器網絡節點組成，每個節點具有有限的計算處理、存儲和無線通信能力，能夠近距離感知周圍環境。節點之間通過無線電通信，並以自組織方式構成網絡，相互傳遞數據並發送給觀察者。無線傳感器網絡在應用於目標定位與導航系統時，一方面具有優勢，另一方面也帶來了一些挑戰性的技術問題。例如，在無線傳感器網絡中通常沒有中心控制機制，沒有中樞網絡可調度和指揮，也就是說必須採用分布式的跟蹤算法。另外，無線通信的帶寬非常有限等問題，也對目標跟蹤提出了研究上的技術問題。如果需要解決這些問題，必須設計低成本、低功耗的適用於目標跟蹤的硬體，實現可靠數據傳送的通信聯網協議、精確有效的定位機制、分布式信息處理算法、高效的數據融合與決策機制以及數據查詢機制等。這些問題都值得廣大學術界和工業界進行深入的科學研究和創新性的技術設計。
實用新型內容本實用新型要解決的技術問題是，針對現有技術的不足，提供一種移動機器人定位與導航實驗平臺。 根據本實用新型一個方面，提供一種移動機器人定位與導航實驗平臺，其特徵在於，包括:傳感器網絡單元，適於採集數據；數據處理單元，適於處理傳感器網絡單元採集的數據；機器人控制單元，適於接收數據處理單元的處理結果並根據處理結果來控制機器人。可選的，該移動機器人定位與導航實驗平臺還包括:上位機顯示單元，適於接收數據處理單元的處理結果並進行顯示。可選的，所述傳感器網絡單元包括一個或多個傳感器節點；每個傳感器節點包括:超聲波模塊、第一類MCU控制器、無線發送模塊。可選的，所述的第一類MCU控制器採用AT89C52單片機為核心；所述的無線發送模塊為Zigbee通信模塊，包括CC2420及PIC18F4620單片機；超聲波模塊的Trig連接第一類MCU控制器的Pl.0，用來接收啟動信號；超聲波模塊的Echo連接第一類MCU控制器的Pl.1 ;第一類MCU控制器的TX和RX連接無線發送模塊，用來向無線發送模塊傳送數據，然後通過無線發送模塊發送到數據處理單元。可選的，所述的數據處理單元包括:第二類MCU控制器、無線接收發送模塊。可選的，第二類MCU控制器採用AT89C52單片機為核心；無線接收發送模塊為Zigbee通信模塊，包括CC2420及PIC18F4620單片機；第二類MCU控制器通過串口的通信讀取無線收發模塊的數據，經過一定的處理之後在通過無線收發模塊發送出去。可選的，所述的機器人控制單元包括:無線接收模塊、第三類MCU控制器、IXD顯示、電機驅動模塊、電機、舵機。可選的，第三類MCU控制器採用的是MC9S12XS128單片機為核心；無線接收模塊為Zigbee通信模塊，包括CC2420及PIC18F4620單片機；無線接收模塊將收到的數據傳送給第三類MCU控制器，第三類MCU控制器利用接收到的數據控制機器人的電機和舵機完成相應的動作，並在LCD上顯示機器人的當前位置。可選的，上位機顯示單元包括:無線接收模塊、第四類MCU控制器、接口電路、PC機上位機顯示。可選的，第四類MCU控制器採用AT89C52單片機為核心；無線接收模塊為Zigbee通信模塊，包括CC2420及PIC18F4620單片機；無線接收模塊接收到的 數據傳送給第四類MCU控制器，第四類MCU控制器通過接口電路傳送給PC機，實現上位機顯示。可選的，所述的IXD顯示採用的是Nokia5510液晶模塊。可選的，所述的電機驅動模塊採用BTS7960為核心。本實用新型採用上述結構，具有以下優點:1、將Zigbee這種低功耗，低成本，高可靠的無線傳感器網絡技術應用於定位與導航，不僅能夠實現對各節點傳感器測量信號的採集接收，還提高了整個系統應用的靈活性；2、超聲波傳感器成本低、體積小、設備簡單、易於做到實時控制； 3、搭建這樣的實驗平臺可以方便對無線傳感器網絡的研究。
圖1是本實用新型一個實施例中提供的移動機器人定位與導航實驗平臺的結構示意圖；圖2是本實用新型一個實施例中提供的如圖1所示的移動機器人定位與導航實驗平臺的使用示意圖；圖3是本實用新型一個實施例中提供的傳感器網絡單元的傳感器節點的結構示意圖；圖4是本實用新型一個實施例中提供的數據處理單元的結構示意圖；圖5是本實用新型一個實施例中提供的機器人控制單元的結構示意圖；和圖6是本實用新型一個實施例中提供的上位機顯示單元的結構示意圖。
具體實施方式
為了使本實用新型的目的、技術方案及優點更加清楚明白，
以下結合附圖，對本實用新型進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本實用新型，並不用於限定本實用新型。根據本實用新型一個實施例，提供一種移動機器人定位與導航實驗平臺，如圖1所示，該移動機器人定位與導航實驗平臺包括:傳感器網絡單元，適於採集數據；數據處理單元，適於處理傳感器網絡單元採集的數據；機器人控制單元，與數據處理單元耦接，適於接收數據處理單元的處理結果並控制機器人；上位機顯示單元，與數據處理單元耦接，適於接收數據處理單元的處理結果並進行顯示。其中，所述的傳感器網絡單元包括:多個傳感器節點，每個傳感器節點包括超聲波模塊、第一類MCU控制器、無線發送模塊。所述的數據處理單元包括:第二類MCU控制器、無線接收發送模塊。所述的機器人控制單元包括:無線接收模塊、第三類MCU控制器、IXD顯示、電機驅動模塊、電機、舵機。上位機顯示單元包括:無線接收模塊、第四類MCU控制器、接口電路、PC機上位機顯不O`[0048]所述的第一類MCU控制器、第二類MCU控制器、第四類MCU控制器採用的是AT89C52單片機為核心，第三類MCU控制器採用的是MC9S12XS128單片機為核心。所述的無線發送模塊、無線接收模塊、無線接收發送模塊均為由CC2420及其外圍電路和Microchip公司的8位單片機PIC18F4620構成的Zigbee通信模塊。所述的IXD顯示採用的是Nokia5510液晶模塊。所述的電機驅動模塊採用BTS7960為核心。圖1所示的移動機器人定位與導航實驗平臺的一個使用的例子如圖2所示，X軸、Y軸方向由一定數量的傳感器節點組成，構成一個無線傳感器網絡；規定行駛的終點，機器人就可以通過傳感器網絡所傳回的實時數據選擇自己的行駛的路線，逐步的走向終點；其中，數據接收處理單元用於根據傳感器網絡的數據計算最優路徑，機器人控制單元根據計算結果控制機器人沿著最後路逕行動。同時，計算機通過接受到實時數據用上位機畫出機器人的行駛軌跡。根據本實用新型一個實施例，提供一種傳感器網絡單元的傳感器節點，如圖3所不，包括:超聲波模塊、第一類MCU控制器、無線發送模塊。其中，超聲波模塊的Trig接單片機(第一類MCU控制器)的P1.0，用來接收啟動
信號;超聲波模塊的Echo接單片機Pl.1。單片機的TX和RX接Zigbee模塊(無線發送模塊)，用來向Zigbee傳送數據,然後通過Zigbee無線通信發送出去(到數據處理單元)。[0056]根據本實用新型一個實施例，提供一種數據處理單元，如圖4所示，其中，第二類MCU控制器通過串口的通信讀取無線收發模塊的數據，經過一定的處理之後在通過無線收發模塊發送出去。根據本實用新型一個實施例，提供一種機器人控制單元，如圖5所示，其中，無線接收模塊將收到的數據傳送給第三類MCU控制器(圖中顯示為MCU控制器3)，第三類MCU控制器利用接收到的數據控制機器人的電機和舵機完成相應的動作，並在LCD上顯示機器人的當前位置。根據本實用新型一個實施例，提供一種上位機顯示單元，如圖6所示，其中，無線接收模塊接收到的數據傳送給第四類MCU控制器(圖中顯示為MCU控制器4)，第四類MCU控制器通過接口電路傳送給PC機，實現上位機顯示。應該注意到並理解，在不脫離後附的權利要求所要求的本實用新型的精神和範圍的情況下，能夠對上述詳細描述的本實用新型做出各種修改和改進。因此，要求保護的技術方案的範圍不受所給 出的任何特定示範教導的限制。
權利要求1.一種移動機器人定位與導航實驗平臺，其特徵在於，包括: 傳感器網絡單元，適於採集數據； 數據處理單元，適於處理傳感器網絡單元採集的數據；和 機器人控制單元，適於接收數據處理單元的處理結果並根據處理結果來控制機器人。
2.根據權利要求1所述的移動機器人定位與導航實驗平臺，其特徵在於，還包括: 上位機顯示單元，適於接收數據處理單元的處理結果並進行顯示。
3.根據權利要求1所述的移動機器人定位與導航實驗平臺，其特徵在於，所述傳感器網絡單元包括一個或多個傳感器節點； 每個傳感器節點包括: 超聲波模塊、第一類MCU控制器、無線發送模塊。
4.根據權利要求3所述的移動機器人定位與導航實驗平臺，其特徵在於: 所述的第一類MCU控制器採用AT89C52單片機為核心；所述的無線發送模塊為Zigbee通信模塊，包括CC2420及PIC18F4620單片機； 超聲波模塊的Trig連接第一類MCU控制器的Pl.0，用來接收啟動信號；超聲波模塊的Echo連接第一類MCU控制器的Pl.1 ;第一類MCU控制器的TX和RX連接無線發送模塊，用來向無線發送模塊傳送數據，然後通過無線發送模塊發送到數據處理單元。
5.根據權利要求1所述的移動機器人定位與導航實驗平臺，其特徵在於，所述的數據處理單元包括:第二類MCU控制器、無線接收發送模塊。
6.根據權利要求5所述的移動機器人定位與導航實驗平臺，其特徵在於: 第二類MCU控制器採用AT89C52單片機為核心；無線接收發送模塊為Zigbee通信模塊，包括CC2420及PIC18F4620單片機； 第二類MCU控制器通過串口的通信讀取無線收發模塊的數據，經過一定的處理之後在通過無線收發模塊發送出去。
7.根據權利要求1所述的移動機器人定位與導航實驗平臺，其特徵在於，所述的機器人控制單元包括:無線接收模塊、第三類MCU控制器、LCD顯示、電機驅動模塊、電機、舵機。
8.根據權利要求7所述的移動機器人定位與導航實驗平臺，其特徵在於: 第三類MCU控制器採用的是MC9S12XS128單片機為核心；無線接收模塊為Zigbee通信模塊，包括CC2420及PIC18F4620單片機； 無線接收模塊將收到的數據傳送給第三類MCU控制器，第三類MCU控制器利用接收到的數據控制機器人的電機和舵機完成相應的動作，並在LCD上顯示機器人的當前位置。
9.根據權利要求2所述的移動機器人定位與導航實驗平臺，其特徵在於，上位機顯示單元包括:無線接收模塊、第四類MCU控制器、接口電路、PC機上位機顯示。
10.根據權利要求9所述的移動機器人定位與導航實驗平臺，其特徵在於， 第四類MCU控制器採用AT89C52單片機為核心；無線接收模塊為Zigbee通信模塊，包括 CC2420 及 PIC18F4620 單片機； 無線接收模塊接收到的數據傳送給第四類MCU控制器，第四類MCU控制器通過接口電路傳送給PC機，實現上位機顯示。
專利摘要本實用新型提供一種移動機器人定位與導航實驗平臺，其包括傳感器網絡單元，適於採集數據；數據處理單元，適於處理傳感器網絡單元採集的數據；和機器人控制單元，適於接收數據處理單元的處理結果並根據處理結果來控制機器人。移動機器人定位與導航實驗平臺還可以包括上位機顯示單元，適於接收數據處理單元的處理結果並進行顯示。將Zigbee這種低功耗，低成本，高可靠的無線傳感器網絡技術應用於定位與導航，不僅能夠實現對各節點傳感器測量信號的採集接收，還提高了整個系統應用的靈活性。
文檔編號G05B19/418GK203101977SQ20132007951
公開日2013年7月31日 申請日期2013年2月1日 優先權日2013年2月1日
發明者陳孟元, 汪貴東, 孫書誠, 柴燦 申請人:安徽工程大學