專利名稱：移動機器人定位與導(dǎo)航實驗平臺的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及傳感器檢測和無線傳感網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域，特別涉及一種移動機器人定位與導(dǎo)航實驗平臺。
背景技術(shù)：
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是計算機、通信和傳感器等多領(lǐng)域技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)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(chǎn)物。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)由大量密集分布的傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點組成，每個節(jié)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(huán)境。節(jié)點之間通過無線電通信，并以自組織方式構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)，相互傳遞數(shù)據(jù)并發(fā)送給觀察者。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在應(yīng)用于目標(biāo)定位與導(dǎo)航系統(tǒng)時，一方面具有優(yōu)勢，另一方面也帶來了一些挑戰(zhàn)性的技術(shù)問題。例如，在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中通常沒有中心控制機制，沒有中樞網(wǎng)絡(luò)可調(diào)度和指揮，也就是說必須采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(biāo)跟蹤提出了研究上的技術(shù)問題。如果需要解決這些問題，必須設(shè)計低成本、低功耗的適用于目標(biāo)跟蹤的硬件，實現(xiàn)可靠數(shù)據(jù)傳送的通信聯(lián)網(wǎng)協(xié)議、精確有效的定位機制、分布式信息處理算法、高效的數(shù)據(jù)融合與決策機制以及數(shù)據(jù)查詢機制等。這些問題都值得廣大學(xué)術(shù)界和工業(yè)界進行深入的科學(xué)研究和創(chuàng)新性的技術(shù)設(shè)計。

實用新型內(nèi)容本實用新型要解決的技術(shù)問題是，針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種移動機器人定位與導(dǎo)航實驗平臺。 根據(jù)本實用新型一個方面，提供一種移動機器人定位與導(dǎo)航實驗平臺，其特征在于，包括:傳感器網(wǎng)絡(luò)單元，適于采集數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)處理單元，適于處理傳感器網(wǎng)絡(luò)單元采集的數(shù)據(jù)；機器人控制單元，適于接收數(shù)據(jù)處理單元的處理結(jié)果并根據(jù)處理結(jié)果來控制機器人。可選的，該移動機器人定位與導(dǎo)航實驗平臺還包括:上位機顯示單元，適于接收數(shù)據(jù)處理單元的處理結(jié)果并進行顯示。可選的，所述傳感器網(wǎng)絡(luò)單元包括一個或多個傳感器節(jié)點；每個傳感器節(jié)點包括:超聲波模塊、第一類MCU控制器、無線發(fā)送模塊?？蛇x的，所述的第一類MCU控制器采用AT89C52單片機為核心；所述的無線發(fā)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(fā)送模塊，用來向無線發(fā)送模塊傳送數(shù)據(jù)，然后通過無線發(fā)送模塊發(fā)送到數(shù)據(jù)處理單元。可選的，所述的數(shù)據(jù)處理單元包括:第二類MCU控制器、無線接收發(fā)送模塊?？蛇x的，第二類MCU控制器采用AT89C52單片機為核心；無線接收發(fā)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(fā)模塊的數(shù)據(jù)，經(jīng)過一定的處理之后在通過無線收發(fā)模塊發(fā)送出去?？蛇x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(qū)動模塊、電機、舵機?？蛇x的，第三類MCU控制器采用的是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(shù)據(jù)傳送給第三類MCU控制器，第三類MCU控制器利用接收到的數(shù)據(jù)控制機器人的電機和舵機完成相應(yīng)的動作，并在LCD上顯示機器人的當(dāng)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?？蛇x的，第四類MCU控制器采用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(shù)據(jù)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(xiàn)上位機顯示?？蛇x的，所述的IXD顯示采用的是Nokia5510液晶模塊?？蛇x的，所述的電機驅(qū)動模塊采用BTS7960為核心。本實用新型采用上述結(jié)構(gòu)，具有以下優(yōu)點:1、將Zigbee這種低功耗，低成本，高可靠的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用于定位與導(dǎo)航，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)對各節(jié)點傳感器測量信號的采集接收，還提高了整個系統(tǒng)應(yīng)用的靈活性；2、超聲波傳感器成本低、體積小、設(shè)備簡單、易于做到實時控制； 3、搭建這樣的實驗平臺可以方便對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)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(dǎo)航實驗平臺的結(jié)構(gòu)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(dǎo)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(wǎng)絡(luò)單元的傳感器節(jié)點的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是本實用新型一個實施例中提供的數(shù)據(jù)處理單元的結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
為了使本實用新型的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，
以下結(jié)合附圖，對本實用新型進一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本實用新型，并不用于限定本實用新型。根據(jù)本實用新型一個實施例，提供一種移動機器人定位與導(dǎo)航實驗平臺，如圖1所示，該移動機器人定位與導(dǎo)航實驗平臺包括:傳感器網(wǎng)絡(luò)單元，適于采集數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)處理單元，適于處理傳感器網(wǎng)絡(luò)單元采集的數(shù)據(jù)；機器人控制單元，與數(shù)據(jù)處理單元耦接，適于接收數(shù)據(jù)處理單元的處理結(jié)果并控制機器人；上位機顯示單元，與數(shù)據(jù)處理單元耦接，適于接收數(shù)據(jù)處理單元的處理結(jié)果并進行顯示。其中，所述的傳感器網(wǎng)絡(luò)單元包括:多個傳感器節(jié)點，每個傳感器節(jié)點包括超聲波模塊、第一類MCU控制器、無線發(fā)送模塊。所述的數(shù)據(jù)處理單元包括:第二類MCU控制器、無線接收發(fā)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(qū)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控制器采用的是AT89C52單片機為核心，第三類MCU控制器采用的是MC9S12XS128單片機為核心。所述的無線發(fā)送模塊、無線接收模塊、無線接收發(fā)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(gòu)成的Zigbee通信模塊。所述的IXD顯示采用的是Nokia5510液晶模塊。所述的電機驅(qū)動模塊采用BTS7960為核心。圖1所示的移動機器人定位與導(dǎo)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(shù)量的傳感器節(jié)點組成，構(gòu)成一個無線傳感器網(wǎng)絡(luò)；規(guī)定行駛的終點，機器人就可以通過傳感器網(wǎng)絡(luò)所傳回的實時數(shù)據(jù)選擇自己的行駛的路線，逐步的走向終點；其中，數(shù)據(jù)接收處理單元用于根據(jù)傳感器網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)計算最優(yōu)路徑，機器人控制單元根據(jù)計算結(jié)果控制機器人沿著最后路徑行動。同時，計算機通過接受到實時數(shù)據(jù)用上位機畫出機器人的行駛軌跡。根據(jù)本實用新型一個實施例，提供一種傳感器網(wǎng)絡(luò)單元的傳感器節(jié)點，如圖3所不，包括:超聲波模塊、第一類MCU控制器、無線發(fā)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(fā)送模塊)，用來向Zigbee傳送數(shù)據(jù),然后通過Zigbee無線通信發(fā)送出去(到數(shù)據(jù)處理單元)。[0056]根據(jù)本實用新型一個實施例，提供一種數(shù)據(jù)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(fā)模塊的數(shù)據(jù)，經(jīng)過一定的處理之后在通過無線收發(fā)模塊發(fā)送出去。根據(jù)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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)控制機器人的電機和舵機完成相應(yīng)的動作，并在LCD上顯示機器人的當(dāng)前位置。根據(jù)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(shù)據(jù)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(xiàn)上位機顯示。應(yīng)該注意到并理解，在不脫離后附的權(quán)利要求所要求的本實用新型的精神和范圍的情況下，能夠?qū)ι鲜鲈敿?xì)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(shù)方案的范圍不受所給 出的任何特定示范教導(dǎo)的限制。
權(quán)利要求1.一種移動機器人定位與導(dǎo)航實驗平臺，其特征在于，包括: 傳感器網(wǎng)絡(luò)單元，適于采集數(shù)據(jù)； 數(shù)據(jù)處理單元，適于處理傳感器網(wǎng)絡(luò)單元采集的數(shù)據(jù)；和 機器人控制單元，適于接收數(shù)據(jù)處理單元的處理結(jié)果并根據(jù)處理結(jié)果來控制機器人。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的移動機器人定位與導(dǎo)航實驗平臺，其特征在于，還包括: 上位機顯示單元，適于接收數(shù)據(jù)處理單元的處理結(jié)果并進行顯示。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的移動機器人定位與導(dǎo)航實驗平臺，其特征在于，所述傳感器網(wǎng)絡(luò)單元包括一個或多個傳感器節(jié)點； 每個傳感器節(jié)點包括: 超聲波模塊、第一類MCU控制器、無線發(fā)送模塊。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的移動機器人定位與導(dǎo)航實驗平臺，其特征在于: 所述的第一類MCU控制器采用AT89C52單片機為核心；所述的無線發(fā)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(fā)送模塊，用來向無線發(fā)送模塊傳送數(shù)據(jù)，然后通過無線發(fā)送模塊發(fā)送到數(shù)據(jù)處理單元。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的移動機器人定位與導(dǎo)航實驗平臺，其特征在于，所述的數(shù)據(jù)處理單元包括:第二類MCU控制器、無線接收發(fā)送模塊。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的移動機器人定位與導(dǎo)航實驗平臺，其特征在于: 第二類MCU控制器采用AT89C52單片機為核心；無線接收發(fā)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(fā)模塊的數(shù)據(jù)，經(jīng)過一定的處理之后在通過無線收發(fā)模塊發(fā)送出去。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的移動機器人定位與導(dǎo)航實驗平臺，其特征在于，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(qū)動模塊、電機、舵機。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的移動機器人定位與導(dǎo)航實驗平臺，其特征在于: 第三類MCU控制器采用的是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(shù)據(jù)傳送給第三類MCU控制器，第三類MCU控制器利用接收到的數(shù)據(jù)控制機器人的電機和舵機完成相應(yīng)的動作，并在LCD上顯示機器人的當(dāng)前位置。
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的移動機器人定位與導(dǎo)航實驗平臺，其特征在于，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(jù)權(quán)利要求9所述的移動機器人定位與導(dǎo)航實驗平臺，其特征在于， 第四類MCU控制器采用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(shù)據(jù)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(xiàn)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(dǎo)航實驗平臺，其包括傳感器網(wǎng)絡(luò)單元，適于采集數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)處理單元，適于處理傳感器網(wǎng)絡(luò)單元采集的數(shù)據(jù)；和機器人控制單元，適于接收數(shù)據(jù)處理單元的處理結(jié)果并根據(jù)處理結(jié)果來控制機器人。移動機器人定位與導(dǎo)航實驗平臺還可以包括上位機顯示單元，適于接收數(shù)據(jù)處理單元的處理結(jié)果并進行顯示。將Zigbee這種低功耗，低成本，高可靠的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用于定位與導(dǎo)航，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)對各節(jié)點傳感器測量信號的采集接收，還提高了整個系統(tǒng)應(yīng)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(yōu)先權(quán)日2013年2月1日
發(fā)明者陳孟元, 汪貴東, 孫書誠, 柴燦 申請人:安徽工程大學(xué)