基本信息
- 项目名称：
- 集散式搜索信息融合回传系统
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 信息技术
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 对未知环境的探索一直以来都是一个研究的难点和热点，如何通过机器人自身装配的传感器对未知环境进行探索更是国际性的难题。本项目组设计并制作出一个基于MicroRF自组网络的多智能体系统。该系统能够进入未知环境并自主高效的进行探索，同时将障碍物信息、自身定位信息等通过自组网络回传到控制中心。
- 详细介绍：
- 该系统有三个子系统，分别是移动机器人子系统、Zigbee通讯子系统和无线定位子系统。其中移动机器人子系统包括一个母舰和两个子舰。子舰之间和子母舰之间可以通过Zigbee自组网络进行通讯。另外，无线定位子系统用来对子舰进行定位，并把定位信息发送给母舰和子舰。 系统构成如图1所示。 1．母舰 母舰体积较大，承担着运送子舰的功能，同时，它也有较快的处理能力，能够在子舰释放后实现信息采集、融合、制定控制决策等功能。其图片如图3所示。 母舰分为两部分，前面为驱动部分，后面为从动部分。 驱动控制部分采用工业主板，主要功能是控制电机运动、读取传感器数据、采集处理视频数据、接收发送无线数据等等。图3为母舰系统框图及其实现的功能。 驱动部分采用履带式结构，由两台Faulhaber直流有刷电机驱动。电机驱动器采用L298P芯片。电机配置1:89减速器和100线红外码盘。 从动部分主要功能是承载两个子舰，也有一个控制器负责开启舱门。 2．子舰 子舰体积较小，运动较灵活，可以自主的脱离及登陆母舰，可以与母舰进行数据交互。 与母舰的内部功能相似，子舰的主控制器也要完成控制电机与读取传感器的数据。不同的是子舰的图像处理功能是比较简单的，只要能识别障碍物的边界即可。 另外，子舰装配有可燃性气体传感器，可以感知室内的危险状况，并把数据回传。 3．无线通讯子系统 Zigbee是实现短距离自组网络的常用技术。Zigbee标准协议冗余较多，导致带宽太低，数据传输效率低下。 基于这种情况，我们根据Zigbee协议的基础部分，设计出树形路由算法。能够实现多跳传输。 4．TOF无线定位子系统 采用基于TOF(Time of Flight)技术的无线测距模块。其室内测距时受环境影响较小，可以实现较高的测距精度，在有墙等障碍物的室内，定位精度可以达到1.5米。
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作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 设计目的：对未知环境的探索一直以来都是一个研究的难点和热点，如何通过机器人自身装配的传感器对未知环境进行探索更是国际性的难题。本项目组设计并制作出一个基于MicroRF自组网络的多智能体系统。该系统能够进入未知环境并自主高效的进行探索，同时将障碍物信息、自身定位信息等通过自组网络回传到控制中心。 创新点：本探索系统为集散式搜索结构，采用子、母舰设计，母舰可以搭载、释放子舰。母舰体积大，续航时间长，越障能力强；子舰体积较小，运动灵活。采用这种结构可以发挥子母舰各自的优势。基于MicroRF的自组网络的系统，能够在子母舰之间，以及子舰之间实时传输数据。采用高可靠性、低飘动、实时定位算法。 具有单目视觉功能，可以识别障碍物边界并自主避障。 技术关键：自组网络的构建、实时数据的传输、定位算法的设计、图像的认知与障碍物提取、子母舰分离与对接结构的设计。 技术指标：母舰最大运行速度0.3米/秒，子舰最大速度0.5米/秒；网络传输实时带宽>80kpbs；室内完成测距和定位，定位误差<1.5米。
科学性、先进性
- 我们采用了一系列低成本、高技术含量的设备和技术。在测距方面，我们使用红外传感器，在降低成本的同时保证机器人实现自主避障，同时结合图像处理，确定障碍物的大小和位置；在定位方面，采用目前应用不是很多的TOF测距技术，使室内的定位误差为1.5米左右；在无线自组网络方面，采用自主开发协议的Zigbee通讯模块，即保证了能够实现网络自组的要求，也能够获得较大的数据带宽。 另外，我们提出了子母舰分离结合的机械结构，并且通过图像和传感器系统保证子母舰配合的高效和稳定性。
获奖情况及鉴定结果
- 无
作品所处阶段
- 实验室阶段
技术转让方式
- 合作开发
作品可展示的形式
- 实物、视频、图片
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 本系统将高精度的室内定位系统、无线自组网络通讯协议和子母舰分离、结合的结构设计结合起来，结合各项系统的优势以解决未知环境探索中的环境构建、自身定位、障碍物识别等处理问题。 整体系统可以应用于军事、救灾、消防等未知区域探测；高精度定位系统可以应用于室内定位、煤矿井下定位以及城市公交定位等；子母舰分离结合机构可以应用于各种智能体，如星球探测车等。因此，无论是整体系统还是单独某个模块都有广阔的市场前景。另外，整个系统也可以作为一个开发平台，供进一步学习研究使用
同类课题研究水平概述
- 机器人硬件平台 国内外有若干家厂商在制作，比较有代表性的有MobileRobot公司的Pioneer系列机器人和瑞士E-puck机器人国内比较有代表性的是广茂达生产的AS-RE系列机器人。 在机械机构及传感器方面，Pioneer和AS-RE系列都属于功能比较强大，体积也较大的机器人。移动机构采用同步带四轮驱动，能够实现精确的测速测距；配备有超声波测距传感器；内部有工控机可以进行复杂算法的运算。另外，E-puck机器人是体积比较小的机器人，采用两轮+万向轮驱动；传感器系统采用红外测距；另外可以扩展Wifi、蓝牙模块等；内部采用ARM芯片控制，计算能力较低。 在通讯方面，均采用有线通讯或者无线Wifi等，可以传送图像等数据，无法实现自组网络。 在算法方面，各自厂家都有自己的避障及图像处理算法，一般来讲都是开源的。另外都会有自己配套的开发、仿真软件。 无线自组网络 目前，无论国内国际，Zigbee都是无线自组网络的首选。在国内成都无线龙等公司采用CC2430/2440等芯片能够实现自组网的功能。普遍的缺点是通讯距离太短，抗干扰能力不够以及使用Zigbee自带协议占用较多带宽。 室内无线精确定位 无线测距：在此方面，还没有较成熟的产品出现。一般使用的方法有RSSI，定位精度为几米左右，其他的TOA，TDOA等能够达到一定的定位精度，但是成本过高，难以推广。目前采用TOF方法定位的产品寥寥无几。 定位算法：目前常用的算法有三角定位法综合最小二乘估计法。
