多機(jī)器人系統(tǒng)通信模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn).pdf

1、隨著人工智能技術(shù)的發(fā)展,多機(jī)器人系統(tǒng)因具備并行度高、分布性廣、健壯性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn),已經(jīng)成為國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)。機(jī)器人協(xié)同工作是多機(jī)器人系統(tǒng)的重要特征。為了提高協(xié)同工作能力,機(jī)器人間通常采用無(wú)線通訊模式進(jìn)行信息傳遞。與有線網(wǎng)絡(luò)相比,無(wú)線網(wǎng)絡(luò)存在可靠性低、信道延遲高、數(shù)據(jù)保密性差的問(wèn)題。因此開發(fā)面向移動(dòng)多機(jī)器人系統(tǒng)的無(wú)線通訊模塊對(duì)研究多機(jī)器人協(xié)同工作具有重要意義。本文的研究工作來(lái)源于國(guó)家自然基金項(xiàng)目《網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下基于群體智能方法的虛擬機(jī)協(xié)同平臺(tái)研究

2、》,該項(xiàng)目希望探索一種新的并行計(jì)算模式來(lái)適應(yīng)大規(guī)模的群體協(xié)作。在該目標(biāo)下,課題組設(shè)計(jì)并制作了數(shù)十個(gè)同構(gòu)、計(jì)算能力有限、體積小、移動(dòng)速度低、電池供電、傳感器感知能力差、通信方式簡(jiǎn)單的機(jī)器人節(jié)點(diǎn)eMouse。針對(duì)群集智能計(jì)算模式下信息交互局部性、數(shù)據(jù)傳輸量小的特點(diǎn),遵循簡(jiǎn)單可靠的原則,本文為機(jī)器人設(shè)計(jì)并開發(fā)了基于廣播單跳的無(wú)線通訊模塊RobotNet。本文具體工作內(nèi)容如下：(1)硬件平臺(tái)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。根據(jù)群體智能通訊局部性的特點(diǎn),模塊采用功

3、耗低、傳輸距離短的射頻芯片CC2430,并配有SMA接口的天線。最大通信范圍可達(dá)15米。模塊尺寸僅為25.4x35mm,適合以電池為能源的小型移動(dòng)機(jī)器人eMouse使用。并在eMouse的主控模塊LM3S1962上開發(fā)了串口驅(qū)動(dòng),以支持無(wú)線通迅模塊的使用。(2)協(xié)議棧的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。遵循功能簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)原則,本文依據(jù)IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn),設(shè)計(jì)了RobotNet協(xié)議棧的物理層和MAC子層。并在MAC子層實(shí)現(xiàn)了二元指數(shù)后退算法。并在應(yīng)

4、用層提供了設(shè)置參數(shù)、查詢信息、收發(fā)數(shù)據(jù)等服務(wù)。(3)模塊功能及性能測(cè)試。本文開發(fā)了專用串口調(diào)試工具。分別在靜態(tài)和動(dòng)態(tài)條件下,對(duì)該無(wú)線通訊模塊進(jìn)行了功能和性能測(cè)試。并分析了串口波特率、數(shù)據(jù)包發(fā)送時(shí)間間隔、數(shù)據(jù)包長(zhǎng)度等參數(shù)對(duì)系統(tǒng)丟包率的影響。功能測(cè)試結(jié)果表明：系統(tǒng)內(nèi)各個(gè)節(jié)點(diǎn)間可以通過(guò)廣播方式進(jìn)行通信。多節(jié)點(diǎn)通信時(shí),節(jié)點(diǎn)間可以通過(guò)CSMA/CA機(jī)制實(shí)現(xiàn)了信道共享。整個(gè)系統(tǒng)無(wú)組網(wǎng)限制,適合于大規(guī)模群體通信。同時(shí),用戶可以通過(guò)改變發(fā)射功率調(diào)整發(fā)送