基于RFID和WSN的室内移动机器人避障与导航研究

摘要

移动机器人是一种在复杂环境下工作的具有自规划、自组织、自适应能力的机器人。从工业制造领域到军事侦察、核工业、航空航天、服务业、医疗器械、基因工程等诸多领域，移动机器人技术都大有发展空间。在移动机器人相关技术的研究中，导航技术是实现移动机器人真正智能化和完全自主化的关键技术。移动机器人导航要求移动机器人通过传感器感知环境和自身状态，实现在动态的、有障碍物的环境中自主运动。 近年来，对于移动机器人导航问题的研究在世界各国受到普遍关注，取得了许多颇具应用价值的成果。随着任务复杂性的增加，对移动机器人的要求也越来越智能化。目前，人工智能技术、计算机技术和传感器技术的迅速发展已经带动机器人的人工智能化研究取得了许多成果。然而，功能较完备的导航控制算法普遍具有计算复杂、不易实现等特点。 本论文针对室内移动机器人避障与导航问题，提出了将射频识别(RFID)技术和无线传感器网络(WSN)技术引入到室内移动机器人应用中，作为移动机器人的“高级传感器”，研究一种新的避障与导航方法。 论文的主要研究内容和创新点如下： 1、详细分析了RFID技术及其在移动机器人中的应用，研究了基于RFID技术的环境高级信息获取手段，辅助机器人准确、实时避障和导航； 2、论文结合WSN的特点，利用其节点定位技术和无线传输功能，为机器人避障与导航提供决策支持，帮助机器人作出合理决策； 3、构建了基于RFID和WSN的移动机器人室内实验系统，进行了移动机器人定位、避障和导航实验。完成的实验表明，本论文研究的基于RFID和WSN的移动机器人避障与导航方法，能够满足室内环境中移动机器人应用的需求。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1本论文选题背景及研究意义

1.2国内外研究现状及发展趋势

1.2.1移动机器人概述

1.2.2射频识别技术RFID

1.2.3无线传感器网络WSN

1.3论文结构与内容安排

1.4本章小结

第2章基于RFID的移动机器人目标识别

2.1 RFID与机器人结合的研究现状

2.2 RFID系统配置

2.2.1 RFID阅读器和标签

2.2.2 RFID系统性能

2.3 RFID与机器人相结合

2.3.1机器人与阅读器的通讯实现

2.3.2基于RFID的机器人运动控制

2.4本章小结

第3章基于室内WSN的移动机器人定位

3.1 WSN定位技术

3.1.1节点定位基本原理

3.1.2定位方法研究进展

3.2 GAINZ实验平台

3.2.1 GAINZ节点介绍

3.2.2可视化后台软件

3.3基于RSSI的节点测距定位

3.4本章小结

第4章基于RFID和WSN的移动机器人避障与导航研究平台设计

4.1室内WSN平台的构建

4.1.1平台结构及功能

4.1.2数据通信协议

4.1.3平台具体实现过程

4.2 RFID设备布置

4.2.1 RFID阅读器

4.2.2 RFID标签

4.3移动机器人控制系统设计

4.3.1控制系统总体设计

4.3.2控制系统硬件设计

4.3.3控制系统软件设计

4.4移动机器人避障与导航控制策略

4.5本章小结

第5章相关实验及分析

5.1实验系统建立

5.2实验及结果分析

5.2.1移动机器人定位实验

5.2.2移动机器人避障实验

5.2.3移动机器人导航实验

5.3本章小结

第6章总结与展望

6.1研究工作总结

6.2本论文的创新点

6.3下一步工作展望

参考文献

致谢

作者攻读硕士学位期间发表的论文及科研项目