未知環(huán)境中多機(jī)器人通信技術(shù)研究

1、本科畢業(yè)設(shè)計（論文）題 目 未知環(huán)境中多機(jī)器人 通信技術(shù)研究 姓 名 杜帥鋒 專 業(yè) 通信工程 學(xué) 號 201251004 指導(dǎo)教師 邵杰 鄭州科技學(xué)院信息工程學(xué)院二一六年六月目 錄摘 要IAbstractII前言IV1 多機(jī)器人通信系統(tǒng)11.1 目前主要的通信方式系統(tǒng)11.1.1 國外通信方式11.1.2 國內(nèi)通信方式11.2 多移動機(jī)器人通信方式21.2.1 顯性通信31.2.2隱性通信31.3 多機(jī)器人通信拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)研究41.4 多機(jī)器人通信協(xié)議研究51.4.1MAC子層協(xié)議51.4.2應(yīng)用層傳輸協(xié)議52多機(jī)器人通信模式研究52.1基于CS模式的多機(jī)器人通信52.1.1CS通信模式的拓?fù)浣Y(jié)

2、構(gòu)及其一致性特性52.1.2基于VC的CS網(wǎng)絡(luò)通信程序設(shè)計72.1.3實(shí)驗(yàn)與結(jié)論92.2基于ZigBee的多機(jī)器人通信92.2.1ZigBee簡介92.2.2ZigBee優(yōu)勢102.2.3基于ZigBee機(jī)器人通信系統(tǒng)的設(shè)計102.2.4通信模塊ZigBee節(jié)點(diǎn)的硬件設(shè)計112.2.5ZigBee節(jié)點(diǎn)的軟件設(shè)計122.2.6上層協(xié)議的設(shè)計132.2.7本章小結(jié)132.3基于云計算WIFI的多機(jī)器人通信142.3.1云計算142.3.2云機(jī)器人系統(tǒng)142.3.3WIFI系統(tǒng)152.3.4基于云計算機(jī)器人WIFI控制鏈路152.3.5本章小結(jié)163多機(jī)器人通信展望與發(fā)展瓶頸163.1多機(jī)器人通信發(fā)

3、展瓶頸163.1.1通信約束問題163.1.2通信質(zhì)量問題163.1.3基于多移動機(jī)器人通信的應(yīng)用研究173.1.4 選擇有線通信還是無線通信173.1.5本章小結(jié)183.2多機(jī)器人系統(tǒng)未來主要研究方向183.2.1 高度自動化的命令接口183.2.2 機(jī)器人整體模型183.2.3 機(jī)器人社會學(xué)193.2.4 機(jī)器人群體活動的評價方法和準(zhǔn)則193.2.5 本章小結(jié)194實(shí)驗(yàn)與仿真194.1多機(jī)器人主動建立物理通信鏈路仿真194.2基于ZigBee的多機(jī)器人無線通信仿真23結(jié) 論25致 謝27參考文獻(xiàn)28精品 Word 可修改 歡迎下載 未知環(huán)境中多機(jī)器人通信技術(shù)研究摘 要社會發(fā)展大步向前，在工

4、業(yè)制造，航空航天，海洋，農(nóng)業(yè)，軍事等多個領(lǐng)域?qū)C(jī)器人技術(shù)提出了新的要求。由傳統(tǒng)的單模式的機(jī)器人逐漸走向多模式機(jī)器人的通信研究。相對于單機(jī)器人，多機(jī)器人系統(tǒng)變得更加復(fù)雜，需要有一個合理的和有效的多機(jī)器人的智能系統(tǒng)來控制多機(jī)器人的部署，例如，要考慮環(huán)境，控制技術(shù)，規(guī)劃感知和優(yōu)化路徑信息交流的機(jī)器人。特別是對于移動技術(shù)的多機(jī)器人之間的“溝通”，即通信技術(shù)，多機(jī)器人的通信技術(shù)研究是目前多機(jī)器人研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)問題。機(jī)器人的技術(shù)是一門交叉學(xué)科，涉及到運(yùn)動學(xué)、力學(xué)、機(jī)械設(shè)計與制造、電氣工程、通信技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)、傳感器技術(shù)，模式識別和人工智能等眾多學(xué)科，這些學(xué)科都沒有主次來分，都是重要的機(jī)器人理論和技術(shù)支持

5、。目前，伴隨著科學(xué)家們技術(shù)和理論的深入性研究，很大程度上提高了機(jī)器人的大規(guī)模發(fā)展要求。對多機(jī)器人系統(tǒng)的新時代提出更高的要求，多機(jī)器人通信技術(shù)研究主要是解決在在同一工作時間、空間中為每一臺機(jī)器人甚至多臺若干臺機(jī)器人之間的相互通信，機(jī)器人與人，機(jī)器人與機(jī)器人之間的通信。本文在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，及時學(xué)習(xí)和整理多機(jī)器人通信技術(shù)的相關(guān)文獻(xiàn)和資料，其主要內(nèi)容如下：（1）學(xué)習(xí)研究目前國內(nèi)外多機(jī)器人通信技術(shù)的發(fā)展和多機(jī)器人通信方式的理論研究。（2）研究學(xué)習(xí)當(dāng)前多機(jī)器人的通信技術(shù)通信模式，在此基礎(chǔ)上深入學(xué)習(xí)三種機(jī)器人通信模式。（3）學(xué)習(xí)研究分析多機(jī)器人通信展望與發(fā)展瓶頸，分析總結(jié)出各種通信發(fā)展問題，以及對于多機(jī)器人

6、控制的影響。最后總結(jié)全文，分析多機(jī)器人通信的的未來的發(fā)展趨勢。關(guān)鍵詞：多機(jī)器人；通信技術(shù)；通信模型；通信結(jié)構(gòu)UNKNOWN ENVIRONMENT MULTI-ROBOTCOMMUNICATION TECHNOLOGYAbstractSocial development strides forward in many areas of industrial manufacturing, aerospace, marine, agriculture, and military robotics fields proposed new requirements. Communications Re

7、search multi-mode robot development model robot traditional single mode gradually. With respect to a single robot, multi-robot systems become more complex, the need for a reasonable and effective multi-robot system to control the deployment of intelligent multi-robot, for example, environmental cons

8、iderations, control technology, planning and optimization of perception AC induction path information and dynamic decision. Especially for multi-robot technology moving between communication, that is, communication technology, multi-robot communication technology is one of the hot topics in the fiel

9、d of robotics researchRobotics is an interdisciplinary, involving kinematics, mechanics, mechanical design and manufacturing, electrical engineering, communications technology, computer technology, sensor technology, pattern recognition and artificial intelligence, and many other disciplines, these

10、disciplines are not primary and secondary points, robots are important theoretical and technical support. Now, with the in-depth study of the theory of scientists and technology has greatly improved large-scale development of the robot. The new era of multi-robot system is more demanding, multi-robo

11、t communication technology research is mainly addressed in the work at the same time, space for each robot and even communicate with each other, the robot with multiple people between several robots, communication between the robot and the robot. Under the guidance of instructors, timely study and c

12、ompilation of relevant literature and information multi-robot communication technology, and its main contents are as follows:(1) study the development of domestic and international multi-robot communication system and study of the current multi-robot communication.(2) Learning the current communicat

13、ion mode multi-robot communication technology, in-depth study on the basis of three kinds of robot communication model.(3) Learning outlook and analysis of multi-robot communication bottlenecks, analyze and summarize the various communication development issues, as well as for multi-robot control of

14、.Finally concludes the paper, analysis of multi-robot communication of future large-scale trends.Keywords:multi-robot;communicationtechnology;communicationmodel;communication structure前言目前全球處在一個科學(xué)創(chuàng)新不斷增長的時代，無論是歐盟的工業(yè)戰(zhàn)略4.0還是美國的制造業(yè)復(fù)蘇計劃，還是中國的“十二五”規(guī)劃，世界各國對機(jī)器人的戰(zhàn)略發(fā)展越來越受到重視，不僅在工業(yè)制造中機(jī)器人有出色的表現(xiàn)，在現(xiàn)代服務(wù)業(yè)、新醫(yī)藥、新農(nóng)業(yè)等日

15、益突出的新領(lǐng)域中發(fā)揮越來越大的作用。在接下來的日子里，我們的生產(chǎn)方式將有一個巨大的改變，是一個巨大的機(jī)器人模式和互聯(lián)網(wǎng)模式，它們必將改變?nèi)藗兊娜粘Ｉ睢Ｎ覀儑夜I(yè)機(jī)器人發(fā)展起步晚，技術(shù)較為落后，機(jī)器人應(yīng)用模型單一，與國際水平差距較大，但是伴隨著中國的“十一五”和“十二五”規(guī)劃的落實(shí)，中國的機(jī)器人產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展，截至目前，世界上最大的工業(yè)機(jī)器人市場已經(jīng)轉(zhuǎn)移到我國。與此同時，智能小型機(jī)器人悄然進(jìn)入人們家庭，伴隨著第三代智能機(jī)器時代的到來，作為智能時代的“寵兒”，機(jī)器人領(lǐng)域正迎來前所未有的發(fā)展機(jī)遇。機(jī)器人是一種可操作的機(jī)器，它的形狀為各種各樣，以便在機(jī)器制造中完成某些特定的任務(wù)和設(shè)計，具有可以完成不

16、同的任務(wù)的各種可編程的接口與功能，它可以用來代替人類完成材料處理、爆破、勘探、采礦、用來焊接大型的或危險的任務(wù)。多機(jī)器人系統(tǒng)不是簡單的幾個單個機(jī)器人在一起，這是很容易理解的物理意義，但它們是作為一個系統(tǒng)是非常復(fù)雜的，有著千絲萬縷的聯(lián)系。其中整個多機(jī)器人系統(tǒng)的效果不再是單一的機(jī)器人和線性的作用，各個機(jī)器人之間進(jìn)行增量相互作用使得整個機(jī)器人系統(tǒng)具有“線性和”。 “協(xié)調(diào)”和“合作”是包含在個人與個人機(jī)器人之間的兩個基本元件，它是這兩個基本元素，所以，相對于一臺單個機(jī)器人，多機(jī)器人系統(tǒng)更能突出前者的優(yōu)點(diǎn)，例如，對探索未知環(huán)境中的多個移動機(jī)器人具有并行處理、容錯、冗余的優(yōu)勢，可以克服不確定性和更好的與環(huán)

17、境傳感器結(jié)合工作。而通信方式則為多機(jī)器人系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)之一，具有重要的意義和出色的性能，這對于其他學(xué)科的發(fā)展也發(fā)揮著不可替代的作用。通信技術(shù)與多機(jī)器人體系結(jié)構(gòu)、機(jī)器人學(xué)習(xí)問題和路徑規(guī)劃是多機(jī)器人協(xié)作系統(tǒng)中四個待解決完善的問題。本文選取通信技術(shù)作為多機(jī)器人系統(tǒng)中的研究，分析探索多機(jī)器人通信技術(shù)方式，同時學(xué)習(xí)研究多機(jī)器人通信模型，同時培養(yǎng)個人對科學(xué)探索研究的興趣，增強(qiáng)對多學(xué)科知識的融合能力。1 多機(jī)器人通信系統(tǒng)1.1 目前主要的通信方式系統(tǒng)1.1.1 國外通信方式多機(jī)器人工作的首次嘗試，最經(jīng)典的是CEBOT。在這種結(jié)構(gòu)中，當(dāng)主系統(tǒng)被分配到任務(wù)，與其他機(jī)器人連接。信息的傳輸方式主要是基于光纖傳感器和

18、通信總線實(shí)現(xiàn)的，這是一種類似于主從式的配置，但是對于目前的社會發(fā)展形勢來說，類似這種的通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)儼然不能再適應(yīng)比較復(fù)雜的任務(wù)環(huán)境的需求了。使用機(jī)器人的傳感器信息和CWM RP多機(jī)器人系統(tǒng)，同時建立一個通信的通信子網(wǎng)，由多移動機(jī)器人位置控制算法在此基礎(chǔ)上的實(shí)踐。Mindart多機(jī)器人系統(tǒng)、信號燈互相交流使用，每個機(jī)器人都配備了一個可移動攝像頭和感應(yīng)燈，在地面位置上確定一個共同的燈塔的路標(biāo)，最后完成多機(jī)器人搜索和運(yùn)輸成品。由于多機(jī)器人，它是一種非常特殊的智能系統(tǒng)形式，分布式智能和技術(shù)研究在促進(jìn)多機(jī)器人系統(tǒng)的迅速發(fā)展起到了催化作用?，F(xiàn)階段的機(jī)器人基本上是基于分布式多智能體機(jī)器人系統(tǒng)java語言的機(jī)

19、器人，這樣的系統(tǒng)可以運(yùn)行在小型設(shè)備上，可形成多機(jī)器人系統(tǒng)運(yùn)動通過分布式應(yīng)用的大型分布可行程多機(jī)器人系統(tǒng)運(yùn)動。他們可以提供完全可行的通信服務(wù)，并且不考慮代理商之間的通信安全問題。現(xiàn)在，有更先進(jìn)的無線通信解決模塊，他們建立了從一個網(wǎng)絡(luò)移動和基于網(wǎng)絡(luò)的多機(jī)器人通信安裝模塊，這個空間模塊集成的多機(jī)器人系統(tǒng)已成功地進(jìn)行了GPS定位、北斗導(dǎo)航試驗(yàn)。1.1.2 國內(nèi)通信方式在國內(nèi)，科學(xué)家對多機(jī)器人通信系統(tǒng)進(jìn)行了全面的研究，主要包括：通信、通信協(xié)議、通信平臺等。李瑩瑩等Ad Hoc模式設(shè)置戶外多機(jī)器人通信網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)和發(fā)展，戶外機(jī)器人群體形成實(shí)驗(yàn)等。任孝平等/ MORCS-2 0的多機(jī)器人團(tuán)隊(duì)的多機(jī)器人通信系統(tǒng)

20、進(jìn)行了深入的研究，并提出了一個通信網(wǎng)絡(luò)的可重構(gòu)，并在距離和其他相關(guān)實(shí)驗(yàn)監(jiān)測去的了一定的進(jìn)展。吳霞第建立了一個基于無線局域網(wǎng)的多機(jī)器人通信互聯(lián)的操作平臺，基于C/S網(wǎng)絡(luò)模型T CP/IP協(xié)議的設(shè)計，被廣泛應(yīng)用在最終的機(jī)器人通信模型中，他們完成了一個推箱子游戲的多機(jī)器人實(shí)驗(yàn)。基于所提出的一種通信機(jī)制的集中控制機(jī)制，建立了基于多移動機(jī)器人SSS方法網(wǎng)絡(luò)計劃的一個單一的Ad hoc網(wǎng)絡(luò)，形成了可以移動的實(shí)驗(yàn)?zāi)M。隨著國內(nèi)外多機(jī)器人通信系統(tǒng)的深入研究，他們提出了一種新的多機(jī)器人通信系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)?？偟膩碚f，外國的多機(jī)器人通信系統(tǒng)進(jìn)行了大量的實(shí)踐研發(fā)，也做了很多的研究工作是基于通信方式的探索，也有的生產(chǎn)出一個共

21、同的通信模塊。相比于國內(nèi)的多機(jī)器人通信系統(tǒng)研究進(jìn)程，大部分研究內(nèi)容都是基于無線局域網(wǎng)和移動自組網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)，它不能與國外進(jìn)行比較，而且其研究也很簡單。然而通信作為一種多機(jī)器人系統(tǒng)下的交流方式，必須將其作為一個單獨(dú)的內(nèi)容，進(jìn)行研究，目前的研究工作主要是機(jī)器人隊(duì)列的安排、列隊(duì)形狀的確定，以及更多的混合學(xué)習(xí)內(nèi)容的具體研究，所以現(xiàn)在迫切需要有更多的完整的多機(jī)器人通信系統(tǒng)的研究來填補(bǔ)這一塊空白。1.2 多移動機(jī)器人通信方式通信作為一種基本的通訊手段，通過國內(nèi)外大量的實(shí)驗(yàn)可以知道，提高通信效率，可以實(shí)現(xiàn)多的機(jī)器人任務(wù)與多個機(jī)器人之間的相互協(xié)作。他們的溝通類型如圖1.1所示。通信方式顯性通信隱性通信間接通信感

22、知通信環(huán)境通信直接通信如信息素通信如點(diǎn)對點(diǎn)通信如廣播、監(jiān)聽如燈塔通信圖1.1 通信方式類型1.2.1 顯性通信通信方式有顯性的和隱性的。顧名思義，顯性的通信主要是利用特殊的通信媒介進(jìn)行通信，在某種程度上實(shí)現(xiàn)信息的共享傳遞，使我們可以快速和有效地實(shí)現(xiàn)多個機(jī)器人之間的信息的相互交流，并可以實(shí)現(xiàn)一些更先進(jìn)的合作策略。但是，顯性通信還包括：直接通信和間接通信。對于直接通信，他們要求的發(fā)送者和接收者必須是一致的，就是進(jìn)行通信時，發(fā)送方和接收方必須同時在線， 不然不能收到相互的消息，所以需要一種共同的，都認(rèn)可的通訊協(xié)議來約束；但是間接通信就不必必須有接收方，可以沒有發(fā)送方，無線電廣播是一種間接的通信形式，

23、它即不規(guī)定必須有接收方。1.2.2隱性通信在相對十分復(fù)雜的環(huán)境中，因?yàn)樵肼暤某霈F(xiàn)或者是硬件系統(tǒng)的出現(xiàn)無法識別情況，顯性通信是很容易出問題的。伴隨著多機(jī)器人數(shù)量的增加，對方通話的時間延長和他們之間的溝通會伴隨著他們的復(fù)雜性增加，這種情況，如果依靠一個共享的環(huán)境信息，而不是一個專門的通信鏈路隱形通信更符合通信的任務(wù)。相對于顯性通信，隱性通信是通過傳感器獲取外部環(huán)境的信息，多個機(jī)器人之間的相互協(xié)作，但沒有一個固定的規(guī)則，來做為多個機(jī)器人實(shí)現(xiàn)特定信息的具體傳遞意義。目前大家都知道，基于內(nèi)隱通信的昆蟲傳感系統(tǒng)已經(jīng)取得了巨大的成就和具體的硬件設(shè)施，他們利用昆蟲通信，理論產(chǎn)生的化學(xué)物質(zhì)，因此他提出了一種隱含

24、的通信，并成功地應(yīng)用于清潔任務(wù)。felner A*算法應(yīng)用于其他大型模型特異性信息素通訊，和問題的同質(zhì)群體機(jī)器人的控制和通信的所有方面。在隱性通信的過程中，各成員之間沒有明確的數(shù)據(jù)交換，從而使內(nèi)隱式交際系統(tǒng)的設(shè)計非常困難。例如：如果通信媒介本身發(fā)生了許多變化（如光的數(shù)目和顏色變化），這樣溝通成為一個打問題。此外，這樣的系統(tǒng)不能使用先進(jìn)的協(xié)同策略，將影響機(jī)器人執(zhí)行復(fù)雜任務(wù)的能力，通過這一點(diǎn)，我們可以得出這樣的結(jié)論：基于感知的內(nèi)隱通信還有很大水平的提升空間。當(dāng)前顯式和隱式通信多機(jī)器人通信系統(tǒng)是一種獨(dú)特的通信方式，如果我們可以將兩者的優(yōu)勢相互轉(zhuǎn)化，使多機(jī)器人系統(tǒng)能夠靈活應(yīng)對未知環(huán)境，可以輕松完成復(fù)雜

25、的任務(wù)。我們可以用顯性通信，在上層與機(jī)器人之間進(jìn)行合作，我們會利用底層的合作，進(jìn)行隱性通信。如果這個過程中，有一個隱性通信是沒有解決沖突或死鎖的，我們應(yīng)該使用顯性通信協(xié)調(diào)解決問題。因此，多種通信方式能提高系統(tǒng)的協(xié)作能力，糾錯能力，也能減少通過流量，避免短板的通信影響。1.3 多機(jī)器人通信拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)研究目前，多機(jī)器人的通信拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)大致可以分為星型、環(huán)形、總線、網(wǎng)格等。在網(wǎng)絡(luò)層面上，計算機(jī)被廣泛地應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，可以為多機(jī)器人通信提供理論參考。目前，多機(jī)器人系統(tǒng)在工業(yè)上的應(yīng)用，是廣泛使用的總線結(jié)構(gòu)，它通過一個單一的機(jī)器人通過有線網(wǎng)絡(luò)連接，然后根據(jù)通信協(xié)議進(jìn)行通信，完成各種任務(wù)。對于總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

26、，它的重要功能是能夠使用多個訪問和廣播媒體，這樣就可以簡單地構(gòu)成一個分布式系統(tǒng)。以太網(wǎng)是典型的總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中比較有名的一種。所以，現(xiàn)在的總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是一個多機(jī)器人通信系統(tǒng)目前廣泛使用，其優(yōu)點(diǎn)是具有良好的一致性具有強(qiáng)大的通信鏈路。當(dāng)然，雖然這種方法是很好的，然而，這種結(jié)構(gòu)是不能夠適應(yīng)的機(jī)器人的移動性政策的機(jī)器人來說，通信的及時性，可靠性等方面都存在著具體需要解決的問題，都需要應(yīng)用到多機(jī)器人通信網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中。目前多機(jī)器人通信系統(tǒng)與國內(nèi)外研究人員在無線局域網(wǎng)中的研究已經(jīng)取得了一定的進(jìn)展，但結(jié)構(gòu)仍然是固定的一個支持網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施，這嚴(yán)重的阻礙了機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。此外，對于機(jī)器人，他們并不總是其他機(jī)器

27、人在通信范圍內(nèi)，我們認(rèn)為，更多的研究機(jī)器人通信，我們必須尋求適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的移動性要求，它可以是一個動態(tài)的多跳路由和轉(zhuǎn)發(fā)信息機(jī)制。AdHoc網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)由于其自身的特點(diǎn)已成為第一選擇，所以現(xiàn)在的Ad Hoc模式成為一個通信網(wǎng)絡(luò)的多機(jī)器人通信系統(tǒng)打多數(shù)使用的系統(tǒng)。1.4 多機(jī)器人通信協(xié)議研究1.4.1MAC子層協(xié)議目前，對于多機(jī)器人通信網(wǎng)絡(luò)來說，MAC子層的層次結(jié)構(gòu)有很多種的，它們主要是研究提高通信信道的利用率和沖突，為了保證機(jī)器人之間的實(shí)時通信，進(jìn)行檢測。然而，對于研究機(jī)器人的水下無線通信問題的科學(xué)家們，并提出一個可以基于循環(huán)的無線MAC協(xié)議，解決了了多跳路由帶來的隱藏終端問題和暴露終端的問題，

28、在這類基礎(chǔ)上，科研人員提出了分布式無線環(huán)協(xié)議的Ad Hoc通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)以及在多機(jī)器人通信系統(tǒng)中應(yīng)用的可行性具體分析機(jī)器人的通信系統(tǒng)。然而，為了研究這些解決方案，他們需要保持一個物理或邏輯層，從而是系統(tǒng)的一大負(fù)擔(dān)，所以MAC子層協(xié)議是不確定性的。1.4.2應(yīng)用層傳輸協(xié)議用于傳輸?shù)膽?yīng)用層協(xié)議，在多機(jī)器人系統(tǒng)中的實(shí)時通信中，大多數(shù)使用TCP / IP用來接收和發(fā)送的通信機(jī)器人之間的協(xié)議，因?yàn)檫@將確保可靠的通信系統(tǒng)和通信性能基本穩(wěn)定，可以減少數(shù)據(jù)丟包現(xiàn)象的損失?；赥CP協(xié)議的基礎(chǔ)上，對多機(jī)器人通信系統(tǒng)放棄對信息的實(shí)時傳輸，但往往不能達(dá)到預(yù)期的效果，但相反的，基于UDP協(xié)議的特點(diǎn)是無線通信，沒有連接，

29、沒有更高的通信速率，雖然沒有錯誤的擁塞控制，重傳超時等支持，以確保政策的可靠性，但他能夠顯著提高系統(tǒng)的實(shí)時性和穩(wěn)定性。因此，在更好的通信質(zhì)量和延遲的情況下，UDP協(xié)議仍然是第一選擇，但不是唯一的，同時還要考慮結(jié)合使用TCP和UDP數(shù)據(jù)通信。2 多機(jī)器人通信模式研究2.1基于CS模式的多機(jī)器人通信2.1.1CS通信模式的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及其一致性特性在工業(yè)方面，多機(jī)器人的發(fā)展階段，經(jīng)歷了從教學(xué)重現(xiàn)和離線編程的兩個大階段，研究人員近年來開發(fā)出了一個靈活的自動化系統(tǒng)開發(fā)的機(jī)器人離線編程，它們代表了一個多機(jī)器人系統(tǒng)的二次開發(fā)方向。然而，離線編程技術(shù)發(fā)展作為一個多機(jī)器人系統(tǒng)的核心技術(shù)，必須需要一個外部的計算機(jī)可

30、以直接通信機(jī)器人控制器來實(shí)現(xiàn)離線編程的機(jī)器人。而主機(jī)器人控制系統(tǒng)的機(jī)器人控制器，不僅要完成操作員的各種指令和控制，它也需要外部控制系統(tǒng)有一個相互溝通的功能。并且由于串行線接口協(xié)議機(jī)器人實(shí)現(xiàn)了一個簡單的交互式多機(jī)器人與外部控制系統(tǒng)的通信功能，可以說，這些功能是很弱的和不完整的。首先，其通信功能的范圍過于狹窄，僅限于上傳和下載程序和簡單的操作觸發(fā)效果，不能滿足復(fù)雜的任務(wù)，其次是機(jī)器人系統(tǒng)不能與外界進(jìn)行在線控制系統(tǒng)之間的互聯(lián)，這是無法實(shí)現(xiàn)實(shí)時通信的機(jī)器人。但是隨著網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的不斷更新和控制系統(tǒng)的創(chuàng)新與發(fā)展，多個基于網(wǎng)絡(luò)的分布式多機(jī)器人控制系統(tǒng)目前已成為機(jī)器人控制發(fā)展的研究重點(diǎn)，然而，在另一方面多機(jī)

31、器人控制系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)與分布式系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)的不斷演進(jìn)、多機(jī)器人的發(fā)展方向是開放式機(jī)器人控制系統(tǒng)的技術(shù)創(chuàng)新趨勢。我們都知道，計算機(jī)模型首先是由麻省理工學(xué)院提出的，它是最早為了解決臺式計算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)通信服務(wù)器之間的軟件應(yīng)用和共享數(shù)據(jù)而產(chǎn)生的一種計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計?，F(xiàn)在，原來簡單的設(shè)計已經(jīng)發(fā)展成為一種現(xiàn)代計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)模型成為一種更為國際化的計算計網(wǎng)絡(luò)模型。下面是CS通信模式，這是一個客戶端-服務(wù)器模型是一個機(jī)器人作為中央節(jié)點(diǎn)，中央服務(wù)器的作用，其他機(jī)器人作為一個共同節(jié)點(diǎn)作為一個客戶端，沒有一個節(jié)點(diǎn)之間的通信連接，但中心節(jié)點(diǎn)和節(jié)點(diǎn)之間的通信連接，如圖2.1所示?？蛻舳酥行姆?wù)器客戶端客戶端客戶端 圖

32、2.1多機(jī)器人CS通信模式從圖2.1可以看出，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)CS通信模式可以是一種星型網(wǎng)絡(luò)，在這種星型網(wǎng)絡(luò)中，可以將網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)分為普通節(jié)點(diǎn)和中心節(jié)點(diǎn)，下面這個矩陣就是所有節(jié)點(diǎn)都連接到一個共同的中心節(jié)點(diǎn)星型網(wǎng)絡(luò)：-N+0 1 1 . 1 -1 -1 0 . 1A= （1） 1 1 1 . 0 1 0 1 . 0通過計算可得CS通信模式的拉普拉斯矩陣為L= - Asc,其特征值為1= 0,2= 0,3= 0 = N- 1= 1,N= N目前在多機(jī)器人協(xié)調(diào)與控制進(jìn)程，現(xiàn)階段的研究重點(diǎn)是多機(jī)器人系統(tǒng)的一致性控制性。多機(jī)器人系統(tǒng)的線性相干協(xié)議一致性可以表示為： x(t)= Ax(t)其中，x（t）= X1，X2

33、，n是機(jī)器人的狀態(tài)向量，A = aijRnn稱為標(biāo)量耦合矩陣網(wǎng)絡(luò)，表明多機(jī)器人系統(tǒng)的通信拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。如果通信連接成功，然后AIJ = AJI = 1機(jī)器人和機(jī)器人之間的值（i= J）；否則，AIJ = AJI = 0（i= J）注意L = -a，L是一個通信網(wǎng)絡(luò)圖的拉普拉斯矩陣。CS模式的通信網(wǎng)絡(luò)基于拉普拉斯星形網(wǎng)絡(luò)，一個特征值2 = 1的衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)，基于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論的一致性和收斂性，比最近鄰耦合網(wǎng)絡(luò)更快，具有相同的平均度。此外，衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)的平均水平僅為2，因此，通信網(wǎng)絡(luò)CS模式作為一個多機(jī)器人通信網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)是快速響應(yīng)，網(wǎng)絡(luò)邊緣更少，網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和成本更低。2.1.2基于VC的CS網(wǎng)絡(luò)通信程序設(shè)計

34、網(wǎng)絡(luò)通信程序的CS模式，我們可以使用Visual C+ 6.0mfc CSocket類的表達(dá)?？梢院铣傻某绦蛴蓛刹糠纸M成：其中一個服務(wù)器端程序，可用于接收來自程序的連接請求，程序端和雙向數(shù)據(jù)通信，在服務(wù)器上可以運(yùn)行的機(jī)器人中心。另一部分是客戶端源程序，對于多機(jī)器來說，這種網(wǎng)絡(luò)通信不好表達(dá)，但是我們可以連接到服務(wù)器的應(yīng)用程序和數(shù)據(jù)庫上進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，然后客戶端程序就可以運(yùn)行在一個普通的機(jī)器人上面。為了實(shí)現(xiàn)服務(wù)器與客戶端之間的數(shù)據(jù)通信，必須首先建立服務(wù)器和客戶端之間的連接。這必須先創(chuàng)建一個監(jiān)聽端口，創(chuàng)建一個偵聽器線程，準(zhǔn)備監(jiān)聽客戶端的連接請求，并設(shè)置消息響應(yīng)函數(shù)onaccept，在監(jiān)聽套接字在服務(wù)器

35、接收客戶端的連接請求。在onaccept功能，必須建立一個為每個客戶端套接字，以免被混沌通信時。為了獲得想要的數(shù)據(jù)服務(wù)器，客戶機(jī)必須有一個接口，這個接口建立一個消息響應(yīng)函數(shù)OnReceive。此外，為了響應(yīng)可以相互同一時間的通信，服務(wù)器需要引入一個定時器，這個定時器可以在一定時間間隔內(nèi)傳輸不同的數(shù)據(jù)。這樣就可以從客戶端接收到數(shù)據(jù)，但是需要主機(jī)端創(chuàng)建一個套接字連接OnReceive消息響應(yīng)函數(shù)，這種服務(wù)器端接收數(shù)據(jù)的過程，還可以通過套接字發(fā)送數(shù)據(jù)到服務(wù)器來實(shí)現(xiàn)程序的編寫。一、服務(wù)器應(yīng)用程序的設(shè)計在VC程序中，服務(wù)器端編程包括以下幾個。（1）新建一個程序項(xiàng)目稱為服務(wù)器，mfcappwizard工程

36、類型，并選擇Windows套接字支持。（2）設(shè)計出一個可以輸入對話框，輸入的內(nèi)容可以由提供的客戶端連接，來完成請求的服務(wù)器端口號。（3）增加cclientsocket類，cclientsocket類從服務(wù)器端的連接請求，一旦聽客戶的CSocket類，客戶應(yīng)每創(chuàng)建一個單獨(dú)的插座，以免被混沌通信。（4）通過clisteningsocket類，clisteningsocket類從CSocket類，聽建立套接字，上面規(guī)定隨時監(jiān)控是否有從一個客戶端連接到端口的請求，并在班onaccept消息響應(yīng)函數(shù)增加。當(dāng)服務(wù)器從客戶端接收連接請求，onaccept函數(shù)開始，首先建立了一個目標(biāo)cclientsocket

37、的客戶端應(yīng)用程序的連接。使用接受功能，如果連接成功接收連接請求，然后將對象添加到服務(wù)器的客戶端請求cclientsocket socket隊(duì)列的建立和建立在響應(yīng)函數(shù)OnReceive消息對象，為了實(shí)現(xiàn)客戶端接收數(shù)據(jù)。（5）程序增加了一個定時器來用來實(shí)現(xiàn)服務(wù)器端借口定期向客戶端發(fā)送數(shù)據(jù)，還可以將特定的內(nèi)容數(shù)據(jù)從服務(wù)器發(fā)送到客戶端，這種程序可以根據(jù)具體遇到的情況來進(jìn)行設(shè)計。二、客戶端應(yīng)用程序的設(shè)計在VC程序中，客戶端源程序設(shè)計可以包括以下的內(nèi)容，具體如下。（1）新建出一個命名的項(xiàng)目客戶、項(xiàng)目類型mfcappwizard，接下來選擇Windows套接字支持，第一步完成。（2）第二步，設(shè)計出一個輸入對

38、話框，然后在這個對話框再次輸入服務(wù)器地址和端口號。（3）第三步，可以增加crequestsocket類，從crequestsocket類到CSocket類來具體的實(shí)現(xiàn)客戶端和服務(wù)器端的交互鏈接，這種信息的溝通可以增加crequestsocket類到onReceive類響應(yīng)函數(shù)，主要用于接收發(fā)送數(shù)據(jù)到他們的中心服務(wù)器。2.1.3實(shí)驗(yàn)與結(jié)論通過上述方法，位于美國ActivMedia Robotics Pioneer2 DXE智能移動多機(jī)器人系統(tǒng)形成運(yùn)動試驗(yàn)包括四個機(jī)器人，其中一個就是中心的機(jī)器人，這種機(jī)器人知道單方面目標(biāo)的中心位置，與2m/min繼續(xù)目標(biāo)點(diǎn)的速度，它接收到的位置信息從普通移動機(jī)器人

39、的位置傳送和其他三個普通移動機(jī)器人。這種機(jī)器人可以收到每一個普通的移動機(jī)器人都可以接收移動機(jī)器人的位置信息，并將信息中心通過信息溝通發(fā)送到移動機(jī)器人的響應(yīng)位置。每個移動機(jī)器人的相對位置，形成自己的目標(biāo)。自從工業(yè)應(yīng)用中的多機(jī)器人誕生以來，已經(jīng)經(jīng)歷了一個漫長的過程，隨著計算機(jī)系統(tǒng)傳感器、微電子技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，機(jī)器人的迅猛發(fā)展，特別是網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，導(dǎo)致了一場深刻的技術(shù)變革，控制技術(shù)的發(fā)展方向也面臨著研究和創(chuàng)新的革新，形成開放的機(jī)器人控制器和分布式機(jī)器人系統(tǒng)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過大多數(shù)通信網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的多機(jī)器人系統(tǒng)。2.2基于ZigBee的多機(jī)器人通信2.2.1ZigBee簡介ZigBee是基于IEEE8

40、02.15.4標(biāo)準(zhǔn)的低功耗局域網(wǎng)協(xié)議。根據(jù)國際標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，ZigBee技術(shù)是一種短距離、低功耗的無線通信技術(shù)。這一名稱（又稱紫蜂協(xié)議）來源于蜜蜂的八字舞，由于蜜蜂(bee)是靠飛翔和“嗡嗡”(zig)地抖動翅膀的“舞蹈”來與同伴傳遞花粉所在方位信息，也就是說蜜蜂依靠這樣的方式構(gòu)成了群體中的通信網(wǎng)絡(luò)。其特點(diǎn)是近距離、低復(fù)雜度、自組織、低功耗、低數(shù)據(jù)速率。主要適合用于自動控制和遠(yuǎn)程控制領(lǐng)域，可以嵌入各種設(shè)備。簡而言之，ZigBee就是一種便宜的，低功耗的近距離無線組網(wǎng)通訊技術(shù)。ZigBee是一種低速短距離傳輸?shù)臒o線網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。ZigBee協(xié)議從下到上分別為物理層(PHY)、媒體訪問控制層(MAC)、傳

41、輸層(TL)、網(wǎng)絡(luò)層(NWK)、應(yīng)用層(APL)等。其中物理層和媒體訪問控制層遵循IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。2.2.2ZigBee優(yōu)勢通過上面介紹，我們可以知道，ZigBee技術(shù)是最新的一種行業(yè)，一個短距離的簡單復(fù)雜度小、低功耗、低成本的無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，它是是一種跨越藍(lán)牙無線之間的技術(shù)。主要用于短距離無線連接。同時由于低數(shù)據(jù)率通信的ZigBee技術(shù)和功能范圍小，也決定了數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的小企業(yè)進(jìn)行ZigBee技術(shù)。所以，通過以上ZigBee聯(lián)盟預(yù)測的主要應(yīng)用領(lǐng)域包括工業(yè)控制、消費(fèi)電子、自動化、汽車、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)自動化、醫(yī)療設(shè)備的運(yùn)行控制。2.2.3基于ZigBee機(jī)器人通信系統(tǒng)的設(shè)計一、通信系統(tǒng)

42、結(jié)構(gòu)ZIgBee可以應(yīng)用到多機(jī)器人通信中，多機(jī)器人的控制和操作可以使用ZigBee星型結(jié)構(gòu)，如下面的圖2.2所示。通過圖我們可以看出，三個機(jī)器人，他們所有節(jié)點(diǎn)的都在網(wǎng)絡(luò)設(shè)備信息中，他包括了，設(shè)備關(guān)聯(lián)表的數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)和安全相關(guān)的密鑰管理系統(tǒng)。對于其他普通機(jī)器人，更多的是ZigBee節(jié)點(diǎn)RFD設(shè)備。當(dāng)這種類型的機(jī)器人受到某些觸發(fā)，比如，由一個內(nèi)部定時器到外部傳感器收集的數(shù)據(jù)，必須收到回復(fù)命令才能協(xié)調(diào)，才可以將數(shù)據(jù)將發(fā)送到協(xié)調(diào)員。作為多機(jī)器人Zigbee的協(xié)調(diào)器可以連接到個人電腦的，存儲網(wǎng)絡(luò)需要有約束力的表，路由表和設(shè)備相關(guān)信息，只有知道了這些信息才能減少了負(fù)擔(dān)，統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)，并提高網(wǎng)絡(luò)的工作效率。機(jī)

43、器人A機(jī)器人B機(jī)器人C機(jī)器人(網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器)PC機(jī) 圖2.2網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)二、機(jī)器人的硬件設(shè)計本節(jié)主要引用的是Zigbee小車的實(shí)驗(yàn)，其中基于Zigbee的機(jī)器人硬件一般包括中央控制器模塊、外部數(shù)據(jù)采集模塊、驅(qū)動模塊和執(zhí)行裝置。在本設(shè)計中，加入了無線通信模塊。中央控制部分是典型的嵌入式系統(tǒng)。利用幀間at91rm9205處理器，雖然它是一個工業(yè)級的ARM920T內(nèi)核的處理器，處理速度是非常快的達(dá)到200MIPS，它有一個非常豐富的外設(shè)接口。下一個ZigBee無線通信模塊采用radiopulse韓國MG2455芯片。使用無線傳輸芯片，處理器芯片或數(shù)據(jù)處理的機(jī)器人指令接收部分接收MG2455速度的處理器

44、速度，機(jī)器人的實(shí)現(xiàn)具體操作驅(qū)動電機(jī)。當(dāng)機(jī)器人或機(jī)器人需要額外的PC發(fā)送命令或數(shù)據(jù)，通過高速ZigBee節(jié)點(diǎn)處理器組織的數(shù)據(jù)傳輸，ZigBee節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)組裝成一個數(shù)據(jù)幀傳輸天線。然后，你可以使用一臺個人電腦現(xiàn)在監(jiān)視和控制機(jī)器人，并且需要耗費(fèi)時間的計算，用來查看提高網(wǎng)絡(luò)的效率。這個模塊RM9200和ZigBee模塊采用串行通信。如果數(shù)據(jù)被發(fā)送時，通過另一個中斷處理發(fā)送的活動序列數(shù)據(jù)。由于數(shù)據(jù)流量小，流量不頻繁的操作中央控制部分的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。ZigBee無線通信模塊（MG2455）核心控制器部分（高速CPU）運(yùn)動驅(qū)動器執(zhí)行機(jī)構(gòu)PC 機(jī)傳感器A/D轉(zhuǎn)換圖2.3 機(jī)器人硬件結(jié)構(gòu)2.2.4通信模塊ZigBe

45、e節(jié)點(diǎn)的硬件設(shè)計現(xiàn)在最常用的通信模塊是adiopulse嵌入式ZigBee應(yīng)用設(shè)計系統(tǒng)。該通信模塊支持2.4 GHz，IEEE802.15.4/ZigBee協(xié)議，通信距離可達(dá)300米。在物理層，采用直接序列擴(kuò)頻技術(shù)和O-QPSK調(diào)制技術(shù)，它具有很強(qiáng)的抗干擾能力，使用CSMA-CA信道競爭機(jī)制，能大大提高通道利用MAC層網(wǎng)絡(luò)。MG2455芯片通訊速度：250 kb/s使用ZigBee技術(shù)，使用語音和圖像的通信速率為500 kb / s的1 Mb / s的傳輸。在1.5 V的工作電壓，接收靈敏度可達(dá)98 dBm和8 dBm的發(fā)射強(qiáng)度。在芯片的功耗在深睡眠模式可以減少到一個或更少。MG2455芯片的

46、處理速度是12倍的標(biāo)準(zhǔn)8051,96 KB的嵌入式閃存和8 KB的數(shù)據(jù)存儲，一個SPI端口，兩個串行端口，兩個外部中斷，四十一/ D轉(zhuǎn)換器，四定時控制、PWM、22個普通I/O口。此外，體積只有7 -7- 0.9毫米，外圍電路只需要幾個電感器，電容和電阻。天線可以是一種天線，也可以是陶瓷天線或天線板天線。2.2.5ZigBee節(jié)點(diǎn)的軟件設(shè)計該芯片MG2455，radiopulse公司EVK，MDK和另外三個版本的軟件。EVK實(shí)現(xiàn)MG2455芯片的驅(qū)動程序，它們包括了無線模塊、串口模塊、電源控制模塊。通過中斷MG2455芯片數(shù)據(jù)和無線物理層傳輸緩沖區(qū)，接收緩沖區(qū)交換無線。用戶可以使用基于該版本中

47、實(shí)現(xiàn)靈活的軟件；MDK的MAC層協(xié)議的實(shí)現(xiàn)，包括CSMA-CA機(jī)制，加入數(shù)據(jù)的要求等；ZigBee協(xié)議的AP，AF，和安全層。機(jī)器人應(yīng)用三版本強(qiáng)調(diào)數(shù)據(jù)的實(shí)時傳輸，所以選擇EVK軟件作為上層應(yīng)用程序開發(fā)的基礎(chǔ)。這里有幾個重要的函數(shù)表達(dá)：（1）zsys_send_packet uint8（uint16 BANID、uint18srcaddr，uint18dstaddr，uint9 msglen，uint9* msgbuff，ackreq， oobindex）；/ /發(fā)送源節(jié)點(diǎn)將數(shù)據(jù)包發(fā)送到目標(biāo)節(jié)點(diǎn)信息這個函數(shù)，此參數(shù)包含網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識、源節(jié)點(diǎn)地址、目的地址和發(fā)送內(nèi)容的。（2）mac_pkt * zsys

48、_rx_packet_get（）；/接收數(shù)據(jù)包zsys_rx_packet_clr（）；/ /清除接收緩沖區(qū)源節(jié)點(diǎn)通過接收緩沖區(qū)中的消息接收消息。當(dāng)消息緩沖區(qū)，該函數(shù)返回一個指向數(shù)據(jù)的指針，通過該指針訪問源地址、信號強(qiáng)度值和內(nèi)容（3）無效zsys_uart1_put_string（uint8 *，uint8strlen）/把消息給主機(jī)zsys_uart1_get_string（uint8 *區(qū)的卡片，卡片strlen）；/從主機(jī)獲取信息ZigBee節(jié)點(diǎn)通過該函數(shù)與主控制器芯片AT91RM9200的溝通。2.2.6上層協(xié)議的設(shè)計本小節(jié)，我們設(shè)計了一個簡單的機(jī)器人合作的應(yīng)用小程序：就是一個機(jī)械式的

49、手臂從箱子中拿取了一個乒乓球，移動它到適當(dāng)?shù)奈恢茫涣硗庖粋€機(jī)器人乙機(jī)器人從墨水瓶墨水筆蘸墨水，然后一個機(jī)器人畫乒乓球圖案，一個是乒乓球機(jī)器人將移動的位置。在繪制圖案之后，機(jī)器人將被描繪成另一個籃子的機(jī)器人圖案。對于這種情況下，設(shè)計的通信協(xié)議之間的機(jī)器人。指定的傳輸數(shù)據(jù)格式，一階1個前綴，隨后由一個可選的命令參數(shù)，主要是坐標(biāo)信息。（1）一個機(jī)器人需要在通知后到達(dá)合適的位置然后移動乒乓球，甲機(jī)器人可以開始下一步。在這種情況下，一個甲機(jī)器人發(fā)出一個機(jī)器人命令幀到乙，這個時候只有命令，沒有位置軌跡的信息。（2）乙方收到信息后，往墨水瓶內(nèi)浸墨，機(jī)器人一個通知開始畫圖案。（3）乙方機(jī)器人會提前算好通知進(jìn)展

50、情況，根據(jù)甲機(jī)器人的進(jìn)展情況，然后通過機(jī)械臂來調(diào)整乒乓球的方位；在這段時間內(nèi)發(fā)送指令除了命令前綴，以及協(xié)調(diào)信息，代表當(dāng)前任務(wù)的進(jìn)展情況。（4）乙方完成機(jī)器人圖，告訴機(jī)器人末端信息，一臺甲乒乓球機(jī)器人將把它放回籃子里。2.2.7本章小結(jié)通過以上幾部分我們客觀的分析了Zigbee機(jī)器人通信的特點(diǎn)，基于ZigBee為基礎(chǔ)的機(jī)器人提出的通信方案，不僅適用于短距離通信技術(shù)和應(yīng)用通信的機(jī)器人，而且我們現(xiàn)在還可以嵌入式無線通信模塊的機(jī)器人，打個比方就是，給機(jī)器人加一雙耳朵和眼睛一樣。分別解析了機(jī)器人的硬件和軟件通信模塊的設(shè)計。目前流行的ZigBee的機(jī)器人網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是基于IEEE802.15.4無線通信協(xié)議，

51、這種網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)雖然它們低成本、功耗很小，但是傳輸速率也低的特點(diǎn)，但是可以支持星形，樹形和網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和其他結(jié)構(gòu)。只有彼此間歇提供有限的信息的多機(jī)器人協(xié)作，并保存盡可能多的能源，而ZigBee技術(shù)是非常適合這樣的場合。你可以想象在不久的將來，各種各樣的機(jī)器人會做根據(jù)不同環(huán)境完成人們不同的需求任務(wù)。所以，我相信基于ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的機(jī)器人，在以后的社會發(fā)展中一定能把多機(jī)器人技術(shù)在通信領(lǐng)域上發(fā)揮的淋淋盡致。2.3基于云計算WIFI的多機(jī)器人通信2.3.1云計算云計算或者我們聽起來很陌生，但是這是近幾年來國家大力推廣的一項(xiàng)業(yè)務(wù)，或許現(xiàn)階段人們還對云計算還沒有一個標(biāo)準(zhǔn)定義，也就是一個國際上

52、承認(rèn)的稱呼，但是目前來說基本上都會認(rèn)為云計算是相比傳統(tǒng)，是一種大規(guī)模的分布式計算模式。云計算需要通過互聯(lián)網(wǎng)的人都可以請求資源池，云計算使人們可以分享更多的資源和資源更新速度，當(dāng)系統(tǒng)不受影響時。用戶只需要有一個能夠連接硬件終端的網(wǎng)絡(luò)能夠利用云計算資源，云計算在近幾年已經(jīng)得到了廣泛的發(fā)展和應(yīng)用，物聯(lián)網(wǎng)云、云安全、云存儲、私有云、云游戲、云教育、云會議、社會網(wǎng)絡(luò)和云。中國，云計算的生態(tài)系統(tǒng)正在建設(shè)，在政府、商界和科研人員共同的關(guān)切，云計算將會發(fā)揮越來越重要的作用，在衛(wèi)生領(lǐng)域的關(guān)心，包括電信、電子商務(wù)。電子設(shè)計機(jī)器人擬人內(nèi)幕信息從外面快速反應(yīng)有很多的運(yùn)算處理，機(jī)器人可以大量的算法處理在，云極大地簡化了

53、結(jié)構(gòu)的內(nèi)部設(shè)計，但也可以提高處理速度的反應(yīng)，是可以通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)的最終控制遠(yuǎn)端的機(jī)器人也使更多的機(jī)器人集群效應(yīng)，以執(zhí)行更復(fù)雜的任務(wù)。2.3.2云機(jī)器人系統(tǒng)簡單了解云計算后，又引入了云機(jī)器人系統(tǒng)，本節(jié)提出的云機(jī)器人系統(tǒng)主要由三個部分組成，機(jī)器人技術(shù)、云平臺主機(jī)端和計算機(jī)（圖2.4）。通過WiFi無線技術(shù)，機(jī)器人可以訪問云平臺，云計算、存儲等資源，存儲在云中的數(shù)據(jù)的感知，然后可以根據(jù)具體的情況來應(yīng)用這種；比較典型的例子就是主控端提供人機(jī)交互界面，允許所有的授權(quán)用戶機(jī)器人，可以得出各種數(shù)據(jù)，并通過數(shù)據(jù)來驗(yàn)證其他相關(guān)數(shù)據(jù)的云機(jī)器人感知；機(jī)器人的密集型計算的云應(yīng)用，具體的利用云計算平臺的強(qiáng)大能力，而且可以

54、同時減少相應(yīng)機(jī)器人的數(shù)據(jù)資源要求，以此來簡化機(jī)器人的云設(shè)計。云端：計算機(jī)資源、存儲資源、以及機(jī)器人的應(yīng)用主控端：提供人機(jī)界面機(jī)器人：運(yùn)動機(jī)構(gòu)、傳感器等圖2.4 云機(jī)器人系統(tǒng)2.3.3WIFI系統(tǒng)WiFi是基于IEEE 802.11協(xié)議的無線局域網(wǎng)接入技術(shù)。隨著城市的WIFI的重點(diǎn)推進(jìn)和推廣，所以人們出門有線及無線網(wǎng)絡(luò)連接，并成為人們關(guān)注和研究的焦點(diǎn)，并得到了迅速發(fā)展，Wi-Fi到到無線網(wǎng)絡(luò)的過渡，最簡單的方法就是使用一個無線路由器來實(shí)現(xiàn)。WiFi和ZigBee藍(lán)牙，相比最顯著的特點(diǎn)是更廣泛和更高的傳輸速度，安全可靠，并成為訪問的重要手段。需要研究高速數(shù)據(jù)傳輸、實(shí)時、方便的訪問和開放的通信協(xié)議，

55、這已成為新的網(wǎng)絡(luò)機(jī)器人技術(shù)的首選。2.3.4基于云計算機(jī)器人WIFI控制鏈路本節(jié)內(nèi)容主要是將云計算，多機(jī)器人和WiFi和融合，這種發(fā)展的研究推動了多機(jī)器人的未來發(fā)展方向，這種基于云計算的研究的重點(diǎn)是在推算模式的非自主控制連接WiFi，這涉及到很多內(nèi)容，主要是信息的要求，將技術(shù)接口、協(xié)議、標(biāo)準(zhǔn)、軟件支持等融合在一起。本節(jié)的研究項(xiàng)目，在現(xiàn)有的基礎(chǔ)上就有一套基于WiFi無線局域網(wǎng)的機(jī)器人控制系統(tǒng)的設(shè)計條件，這樣它就可以從終端（PC），獨(dú)立完成一些簡單的動作，通過TCP / IP協(xié)議的Socket編程，使上位機(jī)（PC機(jī)）可以是一個簡單的遠(yuǎn)程控制機(jī)器人的操作命令，更高的智能和先進(jìn)的機(jī)器人技術(shù)的低智能使用

56、，在半自主移動機(jī)器人監(jiān)控人的運(yùn)動。云計算把機(jī)器人通過WiFi連接和大型的云計算資源池遠(yuǎn)端控制相結(jié)合，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的云計算控制。2.3.5本章小結(jié)通過以上內(nèi)容我們可以知道，研究和應(yīng)用機(jī)器人雖然是人類智慧的精華，在另一方面目前國內(nèi)研究和開發(fā)程度全面展開，其研究的成果不斷出現(xiàn)新的東西，在這之后，云網(wǎng)絡(luò)機(jī)器人作為一個重要的研究方向已經(jīng)成為一個炙手可熱的話題。本節(jié)所討論的是只是對研究內(nèi)容的一部分探討，主要是通過云計算應(yīng)用，WiFi無線接口的開發(fā)和編程，機(jī)器人可以多次訪問和處理相關(guān)指令的機(jī)器人，通過本節(jié)可以初步掌握網(wǎng)絡(luò)機(jī)器人的研究方法，來實(shí)現(xiàn)云計算，WiFi和工業(yè)機(jī)器人的相互融合，并取得了一些有意義的結(jié)

57、論。3多機(jī)器人通信展望與發(fā)展瓶頸3.1多機(jī)器人通信發(fā)展瓶頸3.1.1通信約束問題 通過前兩節(jié)的介紹，我們可以知道有限通信范圍可以直接的影響到多機(jī)器人系統(tǒng)的任務(wù)執(zhí)行。但是對于目前所研究的機(jī)器人系統(tǒng)來說，現(xiàn)階段的多機(jī)器人沒有考慮通信范圍是有限的，正是因?yàn)檫@一點(diǎn)，往往是沒有任何交流和工作范圍的限制。研究人員利用機(jī)器人擴(kuò)展機(jī)活動范圍包，起到相同的節(jié)點(diǎn)和繼電器的制約作用。通信約束是在有限的環(huán)境中，系統(tǒng)不超過這個限制是比較困難的，所以，目前來說就是通信受限制問題是通信問題的熱點(diǎn)和難點(diǎn)問題。3.1.2通信質(zhì)量問題 在移動機(jī)器人通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)程中，有的一個串行通信故障，或有沒有交換的信息，該地區(qū)可能已被檢測到，導(dǎo)致浪費(fèi)資源。如果一個機(jī)器人和其他機(jī)器人脫離接觸，兩個機(jī)器人可以自定義獨(dú)立新建一個新的通