摘要：在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，由于實(shí)驗(yàn)測(cè)試平臺(tái)采用超聲波輔助定位模塊，故實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地中設(shè)有超聲定位的固定參考點(diǎn)，因此不同的實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地智能機(jī)器人的定位需經(jīng)過(guò)測(cè)試進(jìn)行調(diào)整，當(dāng)然輔助定位也可以采用其他模塊進(jìn)行，這并不會(huì)影響此通信系統(tǒng)的性能，依然可以很好地完成隊(duì)形間的變換。論文發(fā)表：《機(jī)器人技術(shù)與應(yīng)用》是由中華人民共和國(guó)新聞出版總署、正式批準(zhǔn)公開(kāi)發(fā)行的優(yōu)秀期刊。自創(chuàng)刊以來(lái)，以新觀點(diǎn)、新方法、新材料為主題，堅(jiān)持"期期精彩、篇篇可讀"的理念。機(jī)器人技術(shù)與應(yīng)用內(nèi)容詳實(shí)、觀點(diǎn)新穎、文章可讀性強(qiáng)、信息量大，眾多的欄目設(shè)置，機(jī)器人技術(shù)與應(yīng)用公認(rèn)譽(yù)為具有業(yè)內(nèi)影響力的雜志之一。機(jī)器人技術(shù)與應(yīng)用并獲中國(guó)優(yōu)秀期刊獎(jiǎng)，現(xiàn)中國(guó)期刊網(wǎng)數(shù)據(jù)庫(kù)全文收錄期刊。

　　關(guān)鍵詞：通信技術(shù),機(jī)器人,通信系統(tǒng)

　　在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，由于超聲定位的坐標(biāo)返回值與系統(tǒng)設(shè)置的相對(duì)坐標(biāo)數(shù)值不可能完全吻合，因此在實(shí)際應(yīng)用中，將系統(tǒng)坐標(biāo)數(shù)值設(shè)置為區(qū)間值，即當(dāng)超聲定位模塊返回的坐標(biāo)值在系統(tǒng)相對(duì)坐標(biāo)值范圍內(nèi)就認(rèn)為已經(jīng)運(yùn)行到指定位置，便進(jìn)行下一步運(yùn)行，因此在不同的實(shí)驗(yàn)測(cè)試過(guò)程中隊(duì)形可能會(huì)出現(xiàn)一些誤差，但這種誤差經(jīng)過(guò)對(duì)系統(tǒng)坐標(biāo)區(qū)間值范圍的調(diào)整可以適當(dāng)減小，達(dá)到誤差允許范圍內(nèi)，因而對(duì)編隊(duì)的美觀性影響不大。

　　筆者在ZigBee技術(shù)的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了一種將人機(jī)通信和多機(jī)器人間相互通信相結(jié)合的通信系統(tǒng)。在一定的空間范圍內(nèi)，該通信系統(tǒng)既使機(jī)器人自身具有一定的智能性，又不脫離人的掌控，不僅發(fā)揮了ZigBee技術(shù)低復(fù)雜度、低功耗、低數(shù)據(jù)速率、低成本的優(yōu)點(diǎn)，還使機(jī)器人充分利用了時(shí)間上空間上的分布性與高效性從而更好的協(xié)作，共同完成任務(wù)，展示其良好的應(yīng)用價(jià)值。

　　針對(duì)目前多機(jī)器人控制的通信系統(tǒng)大多局限于用一個(gè)主控制器來(lái)控制的情況，提出了采用ZigBee無(wú)線通信技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)多機(jī)器人的控制，使得在該通信系統(tǒng)下的每一個(gè)機(jī)器人都更加智能化。具體方案為：采用紅外傳感器、攝像頭等設(shè)備反饋信息，使每個(gè)機(jī)器人具有自動(dòng)避障和實(shí)時(shí)調(diào)控的功能;采用超聲波輔助定位，使每個(gè)機(jī)器人有唯一的位置信息。采用ZigBee無(wú)線通信技術(shù)作為通信工具，整個(gè)系統(tǒng)使用MESH型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，選取一個(gè)機(jī)器人作為協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)，每個(gè)機(jī)器人都分配16位唯一的PAN標(biāo)志符，完成每個(gè)機(jī)器人的身份定位。制定合理的協(xié)作條件，使得多機(jī)器人之間能夠相互“溝通”，協(xié)調(diào)動(dòng)作。并設(shè)計(jì)人工遙控模塊，優(yōu)先級(jí)高于機(jī)器人內(nèi)部決策模塊，使得機(jī)器人既能完成智能化動(dòng)作，又不脫離人們的控制。對(duì)于ZigBee技術(shù)的四層體系結(jié)構(gòu)，只需要設(shè)計(jì)通用的PYH層和MAC層，再編寫相應(yīng)的高級(jí)語(yǔ)言程序，便可實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)器人控制的通用性，無(wú)論是空中機(jī)器人編隊(duì)、水中多機(jī)器人編隊(duì)，還是陸地上的雙足或輪式機(jī)器人編隊(duì)等都可以用筆者設(shè)計(jì)的通信系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)智能化控制。

　　硬件系統(tǒng)是將系統(tǒng)進(jìn)行模塊化分解來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)，主要包括CC2530芯片模塊，電源模塊，射頻電路模塊，控制芯片與機(jī)器人對(duì)接模塊。其中CC2530芯片是一款用于嵌入式應(yīng)用的系統(tǒng)芯片，由TI公司推出，是一種使用了IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的ZigBee和ZigBeeRF4CE解決方案的系統(tǒng)。CC2530內(nèi)部已集成了一個(gè)8051微處理器與高性能的RF收發(fā)器。CC2530能夠以非常低的總材料成本建立強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，擁有較大的Flash，其存儲(chǔ)容量多達(dá)256KB，它是理想的ZigBee專業(yè)應(yīng)用芯片。電源模塊為3.3V與5V供電，控制芯片與機(jī)器人對(duì)接模塊包括穩(wěn)壓部分，電平轉(zhuǎn)換部分以及串口。

　　測(cè)試平臺(tái)以3個(gè)輪式智能小車作為智能機(jī)器人模型進(jìn)行搭建，智能小車為飛思卡爾車模改裝的，智能小車采用紅外傳感器、攝像頭、超聲波定位儀等設(shè)備進(jìn)行信息的反饋，使每個(gè)機(jī)器人具有自動(dòng)避障，實(shí)時(shí)調(diào)控和定位功能。

　　該軟件程序主要包括模塊的定義、參數(shù)類型的初始化以及各個(gè)模塊功能的實(shí)現(xiàn)方式3個(gè)部分。模塊的定義是用來(lái)確定節(jié)點(diǎn)的性質(zhì)，如其中的協(xié)調(diào)機(jī)器人定義為FFD，向其提供全部的IEEE802.15.4MAC服務(wù)，要求其既可以發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，還具備路由功能，而其他機(jī)器人只需向其提供部分IEEE802.15.4MAC服務(wù)，因此只需將它們定義為RFD設(shè)備，讓它們具備發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，而不充當(dāng)協(xié)調(diào)點(diǎn)和路由節(jié)點(diǎn)。初始化的目的則是配置系統(tǒng)參數(shù)，首先定義系統(tǒng)的時(shí)鐘信號(hào)，然后定義ZigBee芯片所連接的MCU類型和型號(hào)，接著定義通信模塊性質(zhì)即定義通信模塊所在節(jié)點(diǎn)為全功能節(jié)點(diǎn)還是縮減功能節(jié)點(diǎn)及ZigBee網(wǎng)絡(luò)層和MAC層的參數(shù)等，如3個(gè)輪式機(jī)器人的16位PAN地址，無(wú)線發(fā)送信道的選擇，發(fā)送接收頻率，校驗(yàn)方式等。模塊功能的實(shí)現(xiàn)是通過(guò)將每個(gè)模塊分配一個(gè)16位的PAN標(biāo)志符，作為區(qū)分每個(gè)終端設(shè)備的唯一標(biāo)志，人所面對(duì)的主控模塊終端擁有最高的優(yōu)先級(jí)別，并且可以單獨(dú)控制每個(gè)機(jī)器人的行為，也可以向所有機(jī)器人發(fā)送協(xié)作控制命令，讓機(jī)器人自行協(xié)作運(yùn)動(dòng)，當(dāng)協(xié)作命令發(fā)送后，機(jī)器人將以協(xié)調(diào)機(jī)器人作為核心，按照隊(duì)形坐標(biāo)進(jìn)行編隊(duì)運(yùn)行，在此過(guò)程中軟件設(shè)定隊(duì)形坐標(biāo)檢測(cè)時(shí)間，當(dāng)實(shí)際隊(duì)形坐標(biāo)與超聲輔助系統(tǒng)提供的坐標(biāo)信息不符時(shí)，協(xié)調(diào)機(jī)器人可以通過(guò)發(fā)送命令的方式控制其他機(jī)器人進(jìn)行相對(duì)位置的調(diào)整，從而達(dá)到人機(jī)通信與機(jī)器人間相互通信的目的。