在障礙，造成信號不能直接傳播至目的地，必須經(jīng)過一個衰減的過程。
[0022]所述步驟二的RSSI，指無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點接收到鄰居節(jié)點發(fā)出的信號后，經(jīng)過硬件獲得的信號強度(Received Signal Strength Indicator);在不同的擾動影響下，RSSI會發(fā)生相應(yīng)的變化，而且其數(shù)值并不穩(wěn)定，因此需要確定概率密度函數(shù)。
[0023]所述步驟四的環(huán)境空間構(gòu)型，指無線傳感器網(wǎng)絡(luò)所部署區(qū)域的物理形狀和空間位置。由于WSN節(jié)點之間的信號強度根據(jù)其物理相對位置密切相關(guān)，當空間構(gòu)型變化時將造成RSSI數(shù)值的相應(yīng)變化。
[0024]所述步驟八的機器人狀態(tài)估計，指移動機器人的運動方向、速度和姿態(tài)等參數(shù)，通常根據(jù)機器人所搭載的慣性導航裝置推算獲得。
本發(fā)明的優(yōu)點與積極效果是:
預(yù)先部署的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)將構(gòu)成移動機器人運動過程中的定位點，為機器人提供輔助定位信息。在復(fù)雜的動態(tài)環(huán)境中，通過判斷機器人與傳感器網(wǎng)絡(luò)之間的信號傳播狀態(tài)，進行有效的誤差補償和精確測距，有助于消減機載慣性傳感器的累積誤差和位移數(shù)據(jù)誤差，準確獲取機器人及其搜索目標的實時位置數(shù)據(jù)。
【附圖說明】
[0025]圖1本發(fā)明的系統(tǒng)示意圖圖2機器人結(jié)構(gòu)示意圖
圖3本發(fā)明的數(shù)據(jù)交互架構(gòu)示意圖圖4視距/非視距狀態(tài)混合的場景示意圖圖5目標環(huán)境的平面示意圖
圖6動態(tài)環(huán)境下移動機器人可靠定位方法的工作流程圖。
【具體實施方式】
[0026]下面結(jié)合實例對本發(fā)明作進一步具體說明。
[0027]事先在目標區(qū)域(主要是建筑內(nèi)空間)部署無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，實時監(jiān)測動態(tài)環(huán)境變化并提供無線數(shù)據(jù)通信。移動機器人攜帶無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(移動節(jié)點)與無線傳感器網(wǎng)絡(luò)建立數(shù)據(jù)通信，在動態(tài)環(huán)境進行信息采集和偵察。通過分析無線信號在室內(nèi)環(huán)境傳播的特性，建立無線信號傳播特征的離線數(shù)據(jù)庫?？疾飙h(huán)境擾動因素對無線信號傳播的影響，鑒別機器人與無線傳感器網(wǎng)絡(luò)之間的視距與非視距狀態(tài)，然后進行誤差補償并實現(xiàn)精確測距；在運動過程中，機器人從多個無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點獲得距離信息，由此形成當前的位置估計，結(jié)合機器人自身的運動估計數(shù)據(jù)，經(jīng)過信息融合使機器人定位更加準確，信息更為有效。
[0028]在部署的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點包括三種類型，即網(wǎng)關(guān)節(jié)點、靜態(tài)節(jié)點和移動節(jié)點，如附圖1所示。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)采用ZigBee協(xié)議，網(wǎng)關(guān)節(jié)點通過串行口與遠程控制平臺相連接并進行數(shù)據(jù)交互。靜態(tài)節(jié)點預(yù)先部署至目標環(huán)境中，作為數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)機器人通信與控制距離的有效延伸。移動WSN節(jié)點由移動機器人攜帶，通過紅外信號與機器人進行數(shù)據(jù)通信，負責在機器人和傳感器網(wǎng)絡(luò)建立數(shù)據(jù)聯(lián)系，并作為傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點無線信號強度的檢測單元。
[0029]移動機器人為輪式結(jié)構(gòu)，由中央控制器、近距紅外避障模塊、慣性導航、環(huán)境感知裝置及電源模塊組成。避障模塊包括激光雷達、超聲波模塊，用于避障；慣性導航包括加速度計和陀螺儀；環(huán)境感知裝置包括溫度、濕度、有害氣體、光強、人體等傳感器；電源模塊用于為各模塊供電。
[0030]無線傳感器網(wǎng)絡(luò)持續(xù)發(fā)送無線信號，與移動機器人搭載的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點進行數(shù)據(jù)通信。兩者之間的無線信號強度作為測距的主要依據(jù)。
[0031]所述的一種動態(tài)環(huán)境下的移動機器人可靠定位方法，其具體實施主要包括以下步驟:
步驟一:利用預(yù)先部署的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，在典型建筑空間內(nèi)進行測試和統(tǒng)計，結(jié)合無線信道特性提取信號傳播狀態(tài)的特征值，考慮信號堵塞和多徑干擾等因素所造成的信號強度不規(guī)則分布特征，形成離線信息數(shù)據(jù)庫。
[0032]在建筑物內(nèi)部由于環(huán)境較為狹小，人員、家具或設(shè)備的移動可能使無線信號RSSI數(shù)值受到了嚴重的影響。在走廊、大廳等較為開闊的環(huán)境下，人體、設(shè)備移動等因素的影響相對較弱。對這些典型的建筑空間進行測試與統(tǒng)計，所建立的離線信息數(shù)據(jù)庫能夠在較大程度上反映目標環(huán)境內(nèi)不同位置的無線信號分布特征。
[0033]所述的環(huán)境測試與統(tǒng)計，包括如下步驟:
(1)采用以CC2531為核心的ZigBee節(jié)點，無線通信采用ZStack-L4.3-1.2.1協(xié)議棧，并搭載相應(yīng)的溫度、震動等傳感器；
(2)在走廊、室內(nèi)的頂部安置傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，使其對所測試的空間形成完全覆蓋；
(3)將目標空間按照一定的間隔劃分為正方形網(wǎng)格，網(wǎng)格的頂點作為測試點；比如以0.5m為間隔，將房間內(nèi)的地面劃分為網(wǎng)格，將每個網(wǎng)格頂點作為測試點并賦予編號；
(4)在每個測試點位置上，采用ZigBee協(xié)議分析儀同時獲得多個節(jié)點的信號強度數(shù)據(jù)；
(5)對信號強度數(shù)據(jù)進行分析，并提取其特征，主要指多個節(jié)點在該測試點的信號強度強弱以及強度數(shù)值波動的范圍；
(6)分別在節(jié)點間人為加入木板、家具、桌子等障礙物，改變WSN網(wǎng)絡(luò)與機器人之間的通信環(huán)境，通過協(xié)議分析儀觀測無線通信的數(shù)據(jù)。
[0034]步驟二:模擬存在動態(tài)擾動時的場景，針對室內(nèi)空間的物體移動、人員走動等情景，對傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點之間的RSSI (Received Signal Strength Indicator,接收信號強度指示)影響進行統(tǒng)計分析，形成概率密度函數(shù)。
[0035]由于動態(tài)擾動存在很大的不確定性，無法以確定的數(shù)據(jù)反映其對于信號傳播的影響，采取概率密度函數(shù)是一種較為可取的方式。
[0036]RSSI指無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點接收到鄰居節(jié)點發(fā)出的信號后，經(jīng)過硬件獲得的信號強度(Received Signal Strength Indicator)。當物體移動或人員走動時,無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點之間的信號傳播將受到影響。由于這種移動和走動通常是不規(guī)則的，并不存在固定的規(guī)律，因而對于無線信號強度分布是一種擾動。在不同的擾動影響下，RSSI會發(fā)生相應(yīng)的變化，而且其數(shù)值并不穩(wěn)定，因此需要確定概率密度函數(shù)。
[0037]步驟三:使移動機器人機載的傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(移動節(jié)點)加入網(wǎng)絡(luò)，建立機器人與傳感器網(wǎng)絡(luò)之間的通信聯(lián)系，由移動節(jié)點從周邊的傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點獲得RSSI信號強度。
[0038]本實驗系統(tǒng)是基于北京博創(chuàng)機器人公司的旅行家2號機器人和成都無線龍公司的CC2531傳感器節(jié)點構(gòu)建的。旅行家2號機器人采用模塊化的設(shè)計，具有高負載能力和高運動精度的直流伺服控制系統(tǒng)，其控制計算部分由便攜式計算機來承擔。便攜式計算機搭載Ubuntu 12.04系統(tǒng),移植了 ROS系統(tǒng)(Robot operating system,機器人操作系統(tǒng)),可以很方便地實現(xiàn)機器人與控制中心的交互。
[0039]無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點加入網(wǎng)絡(luò)的流程如下:
(1)通過編寫SAPI_Init()函數(shù)。初始化一個WSN節(jié)點為協(xié)調(diào)器設(shè)備，并且為自啟動模式建立網(wǎng)絡(luò)，其它的子節(jié)點配置成為路由器或終端節(jié)點；
(2)WSN節(jié)點設(shè)備自動啟動以后，向任務(wù)層發(fā)送一個設(shè)備狀態(tài)改變的消息，由任務(wù)層SAPI_StartConfirm()函數(shù)響應(yīng)；當設(shè)備進行確認狀態(tài)發(fā)生變化的時候，協(xié)調(diào)器開始允許設(shè)備進行綁定，而其他節(jié)點發(fā)送綁定請求；
(3)進行綁定入網(wǎng)設(shè)置，由Zb_StartC0nfirm()函數(shù)讀取設(shè)備的類型。如果為協(xié)調(diào)器，則允許設(shè)備進行綁定。如果為其他設(shè)備類型，則發(fā)送設(shè)備綁定請求。
[0040]移動機器人通過機載WSN節(jié)點與周邊的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)建立數(shù)據(jù)聯(lián)系。機載WSN節(jié)點的具體工作流程為:
(1)初始化單片機，設(shè)置晶振頻率和無線通信頻率，配