無線傳感器網絡與移動機器人控制

前言

21世紀，先進制造技術呈現出精微化、數字化、信息化、智能化和網絡化的顯著特點，同時也代表了技術科學綜合交叉融合的發(fā)展趨勢。高技術領域如光電子、納電子、機器視覺、控制理論、生物醫(yī)學、航空航天等學科的發(fā)展，為先進制造技術提供了更多更好的新理論、新方法和新技術，出現了微納制造、生物制造和電子制造等先進制造新領域。隨著制造學科與信息科學、生命科學、材料科學、管理科學、納米科技的交叉融合，產生了仿生機械學、納米摩擦學、制造信息學、制造管理學等新興交叉科學。21世紀地球資源和環(huán)境面臨空前的嚴峻挑戰(zhàn)，要求制造技術比以往任何時候都更重視環(huán)境保護、節(jié)能減排、循環(huán)制造和可持續(xù)發(fā)展，激發(fā)了產品的安全性和綠色度、產品的可拆卸性和再利用、機電裝備的再制造等基礎研究的開展?！?1世紀先進制造技術叢書》旨在展示先進制造領域的最新研究成果，促進多學科多領域的交叉融合，推動國際間的學術交流與合作，提升制造學科的學術水平。我們相信，有廣大先進制造領域的專家、學者的積極參與和大力支持，以及編委們的共同努力，本叢書將為發(fā)展制造科學，推廣先進制造技術，增強企業(yè)創(chuàng)新能力做出應有的貢獻。

內容概要

本書深入論述了傳感器網絡和移動機器人的概念、特點和關鍵技術，第一次將移動機器人和傳感器網絡結合進行探索分析，反映出無線傳感器網絡和移動機器人技術的最新研究成果和發(fā)展方向。全書圍繞分布式傳感與控制系統(tǒng)的新形式——傳感器網絡與移動機器人系統(tǒng)展開，共分11章，分別從傳感器網絡的系統(tǒng)結構、路由、節(jié)點定位、移動機器人的控制框架、定位與導航、控制策略、仿真系統(tǒng)與實驗平臺和智能空間等角度闡述，內容豐富新穎，理論研究與技術開發(fā)、應用分析并重，涉及面廣。    本書可作為計算機、電子信息和自動化及相關專業(yè)的研究生教材，也可供從事無線傳感器網絡和移動機器人領域的研究人員和工程技術人員參考。

書籍目錄

《21世紀先進制造技術叢書》序序前言第1章  緒論  1.1  無線傳感器網絡研究    1.1.1  無線傳感器網絡的基本特點    1.1.2  無線傳感器網絡的發(fā)展現狀與趨勢  1.2  移動機器人研究  1.3  無線傳感器網絡與移動機器人系統(tǒng)    1.3.1  無線傳感器網絡和多移動機器人的比較    1.3.2  無線傳感器網絡和移動機器人的結合    1.3.3  無線傳感器網絡和移動機器人系統(tǒng)的關鍵技術  1.4  全書的組織結構  1.5  小結第2章  無線傳感器網絡體系結構與構成  2.1  無線傳感器網絡結構    2.1.1  無線傳感器網絡的基本結構形式    2.1.2  基于分布式訂閱/發(fā)布/通知框架的應用結構    2.1.3  基于移動Agent應用的無線傳感器網絡結構  2.2  無線傳感網絡相關協(xié)議及重要支持技術    2.2.1  數據鏈路層協(xié)議    2.2.2  路由協(xié)議    2.2.3  時間同步    2.2.4  數據融合  2.3  無線傳感器網絡節(jié)點結構  2.4  節(jié)點上微型操作系統(tǒng)    2.4.1  無線傳感器網絡節(jié)點的操作系統(tǒng)需求    2.4.2  TinyOS操作系統(tǒng)  2.5  ZigBee技術  2.6  小結  參考文獻第3章  無線傳感器網絡的路由技術  3.1  引言  3.2  無線傳感器網絡中的QoS支持    3.2.1  WSNs中的QoS要求    3.2.2  WSNs中QoS支持的主要問題  3.3  基于QoS的自適應分簇算法    3.3.1  QAC算法模型    3.3.2  QAC特點    3.3.3  QAC實例計算對比  3.4  兩階段成簇自適應分簇算法    3.4.1  TCF的技術基礎    3.4.2  算法過程    3.4.3  性能對比計算  3.5  基于K-means的能量平衡消耗分簇算法    3.5.1  算法模型    3.5.2  計算實例  3.6  小結  參考文獻第4章  無線傳感器網絡節(jié)點定位技術  4.1  引言  4.2  節(jié)點定位的常用技術和典型定位系統(tǒng)    4.2.1  常用的測距方法    4.2.2  非測距的定位算法    4.2.3  典型定位系統(tǒng)  4.3  加權質心定位算法    4.3.1  改進Euclidean定位計算    4.3.2  無線電傳播路徑損耗模型分析    4.3.3  加權質心定位計算    4.3.4  算法過程    4.3.5  計算實例  4.4  基于移動機器人的節(jié)點定位算法    4.4.1  算法模型    4.4.2  算法過程    4.4.3  計算實例  4.5  小結  參考文獻第5章  移動機器人系統(tǒng)與控制框架  5.1  移動機器人控制體系結構  5.2  常見的移動機器人控制系統(tǒng)    5.2.1  Saphira    5.2.2  TeamBots    5.2.3  Xavier    5.2.4  ISR/Berra    5.2.5  國內移動機器人系統(tǒng)  5.3  移動機器人控制框架研究    5.3.1  TCA    5.3.2  OROCOS@KTH    5.3.3  Player  5.4  基于網絡的移動機器人控制    5.4.1  傳統(tǒng)網絡機器人的控制    5.4.2  基于Player和Web服務器的網絡機器人控制和協(xié)作    5.4.3  基于嵌入式技術的小型網絡機器人控制  5.5  傳感器網絡環(huán)境下移動機器人的控制框架    5.5.1  移動機器人的平臺框架    5.5.2  移動機器人的混合式控制體系結構  5.6  小結  參考文獻第6章  移動機器人的定位與導航  6.1  引言  6.2  移動機器人定位方式    6.2.1  相對定位    6.2.2  絕對定位  6.3  室內移動機器人超聲波定位系統(tǒng)    6.3.1  系統(tǒng)原理及工作流程    6.3.2  節(jié)點上的程序系統(tǒng)    6.3.3  傳感器節(jié)點    6.3.4  仿真分析  6.4  同時定位與制圖算法    6.4.1  同時定位與制圖算法介紹    6.4.2  SLAM算法性質    6.4.3  SLAM算法分類    6.4.4  一種基于線特征的SLAM算法    6.4.5  SLAM算法仿真    6.4.6  基于SLAM的導航算法  6.5  小結  參考文獻第7章  移動機器人運動控制策略  7.1  引言  7.2  單個移動機器人路徑規(guī)劃    7.2.1  基于模型的控制    7.2.2  基于規(guī)則的控制  7.3  多機器人系統(tǒng)編隊控制    7.3.1  集中式控制    7.3.2  分布式控制  7.4  多機器人系統(tǒng)的動態(tài)特性分析  7.5  小結  參考文獻第8章  機器人仿真系統(tǒng)  8.1  引言  8.2  幾種典型的機器人仿真系統(tǒng)    8.2.1  Microsoft Robotics Studio    8.2.2  MissionLab    8.2.3  MultiSim    8.2.4  Swarm  8.3  Player/Stage    8.3.1  概述    8.3.2  Player介紹    8.3.3  Stage    8.3.4  world文件和cfg文件    8.3.5  仿真實例  8.4  Visual RobotSoft    8.4.1  仿真軟件總體設計    8.4.2  仿真軟件功能設計    8.4.3  仿真實例  8.5  小結  參考文獻第9章  分布式傳感與控制系統(tǒng)的消息訂閱/發(fā)布/通知模型  9.1  引言  9.2  分布式系統(tǒng)的消息訂閱/發(fā)布/通知模型  9.3  固定結構系統(tǒng)的消息訂閱/發(fā)布/通知模型    9.3.1  模型的實現    9.3.2  在Player/Stage中的應用實例  9.4  Nornadic系統(tǒng)中的消息訂閱/發(fā)布/通知模型    9.4.1  模型的需求及實現    9.4.2  單數據源的控制節(jié)點漫游    9.4.3  多數據源的控制節(jié)點漫游  9.5  基于AODV的移動Ad-hoc類型系統(tǒng)的消息訂閱/發(fā)布/通知模型  9.6  小結  參考文獻第10章  無線傳感器網絡一機器人系統(tǒng)實驗平臺  10.1  引言    10.1.1  通用網絡仿真平臺的二次開發(fā)    10.1.2  專用無線傳感器網絡仿真平臺    10.1.3  無線傳感器網絡工程實驗床  10.2  無線傳感器網絡一機器人實驗平臺系統(tǒng)體系結構    10.2.1  系統(tǒng)控制平臺    10.2.2  傳感信息采集    10.2.3  服務器    10.2.4  客戶端  10.3  GIS環(huán)境信息的注入與多Agent仿真    10.3.1  GIS環(huán)境信息的注入    10.3.2  典型多Agent仿真平臺——A-globe  10.4  系統(tǒng)硬件平臺    10.4.1  多功能Sink節(jié)點    10.4.2  無線傳感器節(jié)點MICAz    10.4.3  移動機器人  10.5  遠程Web監(jiān)控    10.5.1  網絡服務程序    10.5.2  基于Web的平臺數據監(jiān)控  10.6  小結  參考文獻第11章  智能空間關鍵技術與應用  11.1  引言    11.1.1  智能空間的主要特征    11.1.2  智能空間的關鍵技術  11.2  智能空間中的實體協(xié)同    11.2.1  資源描述和發(fā)現機制    11.2.2  基于代理的多網絡通信機制  11.3  支持智能空間的傳感器網絡的網格服務系統(tǒng)    11.3.1  概述    11.3.2  傳感器網絡和網格系統(tǒng)    11.3.3  系統(tǒng)框架和體系結構    11.3.4  服務實現和應用場景  11.4  智能空間中移動機器人的位置感知  11.5  智能空間中的移動智能終端    11.5.1  智能空間與游牧服務    11.5.2  融入智能空間的移動智能終端    11.5.3  基于MIT的應用原型  11.6  小結  參考文獻

章節(jié)摘錄

插圖：］第1章 緒論傳感是人們量化地感知客觀世界的一種手段。通過具有數據采集和處理能力的傳感裝置（稱為傳感器），人們可以定量地測量客觀物理世界的屬性或參量，從而有可能把握客觀世界的變化規(guī)律。傳感器技術是信息社會的重要技術基礎，目前已應用在各行各業(yè)（從家居生活、醫(yī)療服務、環(huán)保與災害預防預測，到航空航天與能源交通等）。隨著微電子和MEMS制造技術的快速發(fā)展，傳感器技術正向著微型化方向發(fā)展，而計算機與網絡技術則使得傳感技術朝著智能化、網絡化、集成化的方向發(fā)展。如今，分布式傳感技術正成為對復雜環(huán)境自適應檢測的重要手段，而無線傳感器網絡技術是這種分布式傳感技術手段的重要形式。1999年，美國的著名《商業(yè)周刊》將無線傳感器網絡列為21世紀最具影響的21項技術之一，2003年，麻省理工學院技術評論在預測未來技術發(fā)展的報告中，將其列為改變世界的十大新技術之一，而《商業(yè)周刊》又在其“未來技術專版”中將傳感器網絡視為全球未來的四大高技術產業(yè)之一，稱其將掀起新的產業(yè)浪潮?？刂剖峭ㄟ^遵循一定的標準或規(guī)則，確保目標對象／組織按照預想的計劃或方案實施的過程?？刂破魇亲詣涌刂葡到y(tǒng)的決策中心，根據控制方式和策略的不同可以分為：集中式控制和分布式控制；本地控制和遠程控制；反饋控制、前饋控制和現場控制。傳感與控制的結合是系統(tǒng)自動化的核心，是實現閉環(huán)控制和智能控制的基礎。機器人就是一種典型的傳感與控制系統(tǒng)，而且這種系統(tǒng)越來越廣泛地被使用在工業(yè)生產、軍工國防、航空航天、環(huán)境保護、甚至家居服務等多種行業(yè)。機器人與網絡的結合一直是機器人系統(tǒng)研究的熱點，遠程操作機器人、多機器人系統(tǒng)等都是機器人網絡化的代表。而無線傳感器網絡和機器人的結合，不僅能極大地提高系統(tǒng)的布置柔性和覆蓋面，而且也會提升系統(tǒng)的反應能力和魯棒性，因而是一種極有潛力的分布式傳感與控制系統(tǒng)，成為未來智能網絡系統(tǒng)的先鋒。

編輯推薦

《無線傳感器網絡與移動機器人控制》可作為計算機、電子信息和自動化及相關專業(yè)的研究生教材，也可供從事無線傳感器網絡和移動機器人領域的研究人員和工程技術人員參考。

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