自重构移动传感器网络的运动控制

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移动传感器网络通过将静态传感器节点与移动机器人平台结合,可以为无线传感器网络系统增添自主机动能力,实现自部署和自修复等独特功能。但目前采用的移动平台大多基于轮式或者履带式,崎岖地形中的运动能力不足。如何提高移动传感器网络系统对复杂地形环境的适应能力,是未来移动传感器网络发展和应用的关键技术之一。   本文设计并实现了一套自重构移动传感器网络系统。系统是以自重构模块化机器人作为移动平台。自重构模块化机器人是由相同的节点模块组装而成,每个节点模块有两个旋转关节,能够±90°旋转。关节采用模拟舵机驱动,扭矩为15.5kg.cm。每个关节的控制电路分为核心控制电路和电机驱动电路,核心控制电路包括无线通信控制器JN5139R1及其外围电路,电机驱动电路主要包括PWM信号输入的隔离电路。为了避免关节的电路出现故障导致整个系统无法正常工作,我们将每个关节的控制电路独立开来。为了防止舵机运行过程中出现的大电流对核心控制电路的影响,我们对核心控制电路和电机驱动电路的电源进行隔离。多个节点模块可以组装成“一”形、“O”形、“T”形和“十”形构型自重构模块化机器人。本文分别规划了这四种构型的运动步态,采用步态表查询法实现运动控制,并成功地将一种幅值和相位可调的CPG控制模型应用于“一”形构型自重构模块化机器人的爬行控制。   本文最后搭建起了自重构移动传感器网络系统实验平台。在该实验平台上,实验测定了“一”形、“O”形、“T”形和“十”形步态表中的运动参数与机器人运动速度的关系,考察了“一”形构型自重构模块化机器人的越障能力,探讨了改变CPG模型中的幅值和相位差对“一”形构型自重构模块化机器人运动速度的影响。实验结果表明:采用步态表查询法,“一”形、“O”形、“T”形和“十”形构造自重构模块化机器人的爬行速度分别可达5.9cm/s、15.5cm/s、9.4cm/s、4.8cm/s;采用CPG模型控制的“一”形构型自重构模块化机器人的爬行速度可达9.7cm/s:“一”形构型自重构模块化机器人可以翻越7.0cm高的障碍物。最后,对“十”形构型自重构模块化机器人和“T”形构型自重构模块化机器人做了故障恢复实验。
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