基于重大灾害事故的无线传感器网络救援机器人的设计研究

实现无线传感器网络对救援机器人的动态导航技术是完成应急防灾救援系统的基础和关键。救援机器人从半自主系统到行为自主化的发展，需要重点解决自主导航、路径规划、自身定位、目标识别等技术难题。针对在未知地形区域行走的机器人实施导航的特殊要求，本项目研究开发了无线传感器网络与机器人交互模式的动态导航技术。提出根据实际需要的定位精度确定网络的配置参数，配置网络规模，以自组织形式组网；提出在动态不确定环境下机器人规划路径的动态导航技术，该导航技术的精度在4米范围内。训练救援机器人能够搜索受害者和探知危险。动态导航技术使救援机器人能够导航救援者安全的进入到灾害地区，要求避免救援者受害，同时营救以探知的受害者；提出基于能量损耗的无线传感器网络与救援机器人交互模式的技术。本课题就应急防灾救援系统的应用和设计做出一系列具有较好价值理论的研究工作，将有力促进救灾系统的发展，加快这种新兴技术真正实用于该领域的步伐。

本项目从两方面展开研究工作，一方面研究移动机器人的控制器设计开发和无线节点通信组网的设计，另一方面从理论层次研究通信中噪声系统、定位导航规划及机器人控制变量的生成。. 无线传感器网络系统由5个无线节点构成。无线节点硬件是基于CROSSBOW的IRIS节点。其中1个与主控制器连接作为主节点收集数据上传给主机。4个为从节点收集移动机器人的传感数据传输到主节点。从节点安装在移动机器人的身体上，随机器人运动，完成机器人与主节点间的数据通信。利用tinyos语言对节点编程。本项目中定位机制采用基于距离的RSSI定位算法，实验中RSSI值进行了测试。. 移动机器人以Torobot组件为本体，重新设计一个控制器，并据此研究移动机器人的避障和路径规划策略。为满足移动机器人避障的实时性、准确性要求，需要有一个功能完善的硬件平台，实现信息采集、处理以及避障的策略。本项目设计了一个移动机器人控制板，该控制板以DSP TMS320VC5509A为核心，辅之以相应的外围电路、传感器、串行通信和电源等模块。 . 本项目研究了OQPSK自然高频噪声的影响。Zigbee的使用2.405到2.480 GHz的在2.4 GHz范围内。首先将OQPSK调制进行说明和Bi-Kappa HF的HF噪声的统计特性进行了研究。然后给出SER分析。. 本项目提出了一种新的定位计划，命名为事件驱动定位机制。传感器节点随机部署在三维场景中捕捉到事件，触发传感器节点与锚节点通信执行分布式的定位计划。仿真实验中运行100次Monte-Carlo实验。可以看出，当锚节点密度接近10％时，随传感器数量的增加，错误率比率波动很大。但当锚节点密度接近25％时，随传感器数量的增加，错误率降不会发生大的变化。. 在本项目中，以双足机器人为研究对象，对机器人的行走稳定性进行了研究。双足机器人是由连续状态和离散状态的混合动力系统。这个系统，它具有较好的适应性在地上，可以走在复杂的环境中，如恶劣环境的探索和救援，也可以通过这个系统解决了。它采用了欠驱动方法的双足机器人具有节能的优点，降低成本，减轻重量，增强了系统的灵活性等。总而言之，这项研究有助于可观的价值在理论和应用。