無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)與移動(dòng)機(jī)器人控制

前言

21世紀(jì)，先進(jìn)制造技術(shù)呈現(xiàn)出精微化、數(shù)字化、信息化、智能化和網(wǎng)絡(luò)化的顯著特點(diǎn)，同時(shí)也代表了技術(shù)科學(xué)綜合交叉融合的發(fā)展趨勢(shì)。高技術(shù)領(lǐng)域如光電子、納電子、機(jī)器視覺(jué)、控制理論、生物醫(yī)學(xué)、航空航天等學(xué)科的發(fā)展，為先進(jìn)制造技術(shù)提供了更多更好的新理論、新方法和新技術(shù)，出現(xiàn)了微納制造、生物制造和電子制造等先進(jìn)制造新領(lǐng)域。隨著制造學(xué)科與信息科學(xué)、生命科學(xué)、材料科學(xué)、管理科學(xué)、納米科技的交叉融合，產(chǎn)生了仿生機(jī)械學(xué)、納米摩擦學(xué)、制造信息學(xué)、制造管理學(xué)等新興交叉科學(xué)。21世紀(jì)地球資源和環(huán)境面臨空前的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，要求制造技術(shù)比以往任何時(shí)候都更重視環(huán)境保護(hù)、節(jié)能減排、循環(huán)制造和可持續(xù)發(fā)展，激發(fā)了產(chǎn)品的安全性和綠色度、產(chǎn)品的可拆卸性和再利用、機(jī)電裝備的再制造等基礎(chǔ)研究的開(kāi)展。《21世紀(jì)先進(jìn)制造技術(shù)叢書(shū)》旨在展示先進(jìn)制造領(lǐng)域的最新研究成果，促進(jìn)多學(xué)科多領(lǐng)域的交叉融合，推動(dòng)國(guó)際間的學(xué)術(shù)交流與合作，提升制造學(xué)科的學(xué)術(shù)水平。我們相信，有廣大先進(jìn)制造領(lǐng)域的專(zhuān)家、學(xué)者的積極參與和大力支持，以及編委們的共同努力，本叢書(shū)將為發(fā)展制造科學(xué)，推廣先進(jìn)制造技術(shù)，增強(qiáng)企業(yè)創(chuàng)新能力做出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。

內(nèi)容概要

本書(shū)深入論述了傳感器網(wǎng)絡(luò)和移動(dòng)機(jī)器人的概念、特點(diǎn)和關(guān)鍵技術(shù)，第一次將移動(dòng)機(jī)器人和傳感器網(wǎng)絡(luò)結(jié)合進(jìn)行探索分析，反映出無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)和移動(dòng)機(jī)器人技術(shù)的最新研究成果和發(fā)展方向。全書(shū)圍繞分布式傳感與控制系統(tǒng)的新形式——傳感器網(wǎng)絡(luò)與移動(dòng)機(jī)器人系統(tǒng)展開(kāi)，共分11章，分別從傳感器網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、路由、節(jié)點(diǎn)定位、移動(dòng)機(jī)器人的控制框架、定位與導(dǎo)航、控制策略、仿真系統(tǒng)與實(shí)驗(yàn)平臺(tái)和智能空間等角度闡述，內(nèi)容豐富新穎，理論研究與技術(shù)開(kāi)發(fā)、應(yīng)用分析并重，涉及面廣。    本書(shū)可作為計(jì)算機(jī)、電子信息和自動(dòng)化及相關(guān)專(zhuān)業(yè)的研究生教材，也可供從事無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)和移動(dòng)機(jī)器人領(lǐng)域的研究人員和工程技術(shù)人員參考。

書(shū)籍目錄

《21世紀(jì)先進(jìn)制造技術(shù)叢書(shū)》序序前言第1章  緒論  1.1  無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)研究    1.1.1  無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)的基本特點(diǎn)    1.1.2  無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì)  1.2  移動(dòng)機(jī)器人研究  1.3  無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)與移動(dòng)機(jī)器人系統(tǒng)    1.3.1  無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)和多移動(dòng)機(jī)器人的比較    1.3.2  無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)和移動(dòng)機(jī)器人的結(jié)合    1.3.3  無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)和移動(dòng)機(jī)器人系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)  1.4  全書(shū)的組織結(jié)構(gòu)  1.5  小結(jié)第2章  無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)與構(gòu)成  2.1  無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)    2.1.1  無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)的基本結(jié)構(gòu)形式    2.1.2  基于分布式訂閱/發(fā)布/通知框架的應(yīng)用結(jié)構(gòu)    2.1.3  基于移動(dòng)Agent應(yīng)用的無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)  2.2  無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò)相關(guān)協(xié)議及重要支持技術(shù)    2.2.1  數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議    2.2.2  路由協(xié)議    2.2.3  時(shí)間同步    2.2.4  數(shù)據(jù)融合  2.3  無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)  2.4  節(jié)點(diǎn)上微型操作系統(tǒng)    2.4.1  無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的操作系統(tǒng)需求    2.4.2  TinyOS操作系統(tǒng)  2.5  ZigBee技術(shù)  2.6  小結(jié)  參考文獻(xiàn)第3章  無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)的路由技術(shù)  3.1  引言  3.2  無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)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(wèn)題  3.3  基于QoS的自適應(yīng)分簇算法    3.3.1  QAC算法模型    3.3.2  QAC特點(diǎn)    3.3.3  QAC實(shí)例計(jì)算對(duì)比  3.4  兩階段成簇自適應(yīng)分簇算法    3.4.1  TCF的技術(shù)基礎(chǔ)    3.4.2  算法過(guò)程    3.4.3  性能對(duì)比計(jì)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(jì)算實(shí)例  3.6  小結(jié)  參考文獻(xiàn)第4章  無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)定位技術(shù)  4.1  引言  4.2  節(jié)點(diǎn)定位的常用技術(shù)和典型定位系統(tǒng)    4.2.1  常用的測(cè)距方法    4.2.2  非測(cè)距的定位算法    4.2.3  典型定位系統(tǒng)  4.3  加權(quán)質(zhì)心定位算法    4.3.1  改進(jìn)Euclidean定位計(jì)算    4.3.2  無(wú)線(xiàn)電傳播路徑損耗模型分析    4.3.3  加權(quán)質(zhì)心定位計(jì)算    4.3.4  算法過(guò)程    4.3.5  計(jì)算實(shí)例  4.4  基于移動(dòng)機(jī)器人的節(jié)點(diǎn)定位算法    4.4.1  算法模型    4.4.2  算法過(guò)程    4.4.3  計(jì)算實(shí)例  4.5  小結(jié)  參考文獻(xiàn)第5章  移動(dòng)機(jī)器人系統(tǒng)與控制框架  5.1  移動(dòng)機(jī)器人控制體系結(jié)構(gòu)  5.2  常見(jiàn)的移動(dòng)機(jī)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(guó)內(nèi)移動(dòng)機(jī)器人系統(tǒng)  5.3  移動(dòng)機(jī)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(wǎng)絡(luò)的移動(dòng)機(jī)器人控制    5.4.1  傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)機(jī)器人的控制    5.4.2  基于Player和Web服務(wù)器的網(wǎng)絡(luò)機(jī)器人控制和協(xié)作    5.4.3  基于嵌入式技術(shù)的小型網(wǎng)絡(luò)機(jī)器人控制  5.5  傳感器網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下移動(dòng)機(jī)器人的控制框架    5.5.1  移動(dòng)機(jī)器人的平臺(tái)框架    5.5.2  移動(dòng)機(jī)器人的混合式控制體系結(jié)構(gòu)  5.6  小結(jié)  參考文獻(xiàn)第6章  移動(dòng)機(jī)器人的定位與導(dǎo)航  6.1  引言  6.2  移動(dòng)機(jī)器人定位方式    6.2.1  相對(duì)定位    6.2.2  絕對(duì)定位  6.3  室內(nèi)移動(dòng)機(jī)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(diǎn)上的程序系統(tǒng)    6.3.3  傳感器節(jié)點(diǎn)    6.3.4  仿真分析  6.4  同時(shí)定位與制圖算法    6.4.1  同時(shí)定位與制圖算法介紹    6.4.2  SLAM算法性質(zhì)    6.4.3  SLAM算法分類(lèi)    6.4.4  一種基于線(xiàn)特征的SLAM算法    6.4.5  SLAM算法仿真    6.4.6  基于SLAM的導(dǎo)航算法  6.5  小結(jié)  參考文獻(xiàn)第7章  移動(dòng)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制策略  7.1  引言  7.2  單個(gè)移動(dòng)機(jī)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(jī)器人系統(tǒng)編隊(duì)控制    7.3.1  集中式控制    7.3.2  分布式控制  7.4  多機(jī)器人系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性分析  7.5  小結(jié)  參考文獻(xiàn)第8章  機(jī)器人仿真系統(tǒng)  8.1  引言  8.2  幾種典型的機(jī)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(shí)例  8.4  Visual RobotSoft    8.4.1  仿真軟件總體設(shè)計(jì)    8.4.2  仿真軟件功能設(shè)計(jì)    8.4.3  仿真實(shí)例  8.5  小結(jié)  參考文獻(xiàn)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(jié)構(gòu)系統(tǒng)的消息訂閱/發(fā)布/通知模型    9.3.1  模型的實(shí)現(xiàn)    9.3.2  在Player/Stage中的應(yīng)用實(shí)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(shí)現(xiàn)    9.4.2  單數(shù)據(jù)源的控制節(jié)點(diǎn)漫游    9.4.3  多數(shù)據(jù)源的控制節(jié)點(diǎn)漫游  9.5  基于A(yíng)ODV的移動(dòng)Ad-hoc類(lèi)型系統(tǒng)的消息訂閱/發(fā)布/通知模型  9.6  小結(jié)  參考文獻(xiàn)第10章  無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)一機(jī)器人系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)  10.1  引言    10.1.1  通用網(wǎng)絡(luò)仿真平臺(tái)的二次開(kāi)發(fā)    10.1.2  專(zhuān)用無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)仿真平臺(tái)    10.1.3  無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)工程實(shí)驗(yàn)床  10.2  無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)一機(jī)器人實(shí)驗(yàn)平臺(tái)系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)    10.2.1  系統(tǒng)控制平臺(tái)    10.2.2  傳感信息采集    10.2.3  服務(wù)器    10.2.4  客戶(hù)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(tái)——A-globe  10.4  系統(tǒng)硬件平臺(tái)    10.4.1  多功能Sink節(jié)點(diǎn)    10.4.2  無(wú)線(xiàn)傳感器節(jié)點(diǎn)MICAz    10.4.3  移動(dòng)機(jī)器人  10.5  遠(yuǎn)程Web監(jiān)控    10.5.1  網(wǎng)絡(luò)服務(wù)程序    10.5.2  基于Web的平臺(tái)數(shù)據(jù)監(jiān)控  10.6  小結(jié)  參考文獻(xiàn)第11章  智能空間關(guān)鍵技術(shù)與應(yīng)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(guān)鍵技術(shù)  11.2  智能空間中的實(shí)體協(xié)同    11.2.1  資源描述和發(fā)現(xiàn)機(jī)制    11.2.2  基于代理的多網(wǎng)絡(luò)通信機(jī)制  11.3  支持智能空間的傳感器網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)格服務(wù)系統(tǒng)    11.3.1  概述    11.3.2  傳感器網(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)格系統(tǒng)    11.3.3  系統(tǒng)框架和體系結(jié)構(gòu)    11.3.4  服務(wù)實(shí)現(xiàn)和應(yīng)用場(chǎng)景  11.4  智能空間中移動(dòng)機(jī)器人的位置感知  11.5  智能空間中的移動(dòng)智能終端    11.5.1  智能空間與游牧服務(wù)    11.5.2  融入智能空間的移動(dòng)智能終端    11.5.3  基于MIT的應(yīng)用原型  11.6  小結(jié)  參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

插圖：］第1章 緒論傳感是人們量化地感知客觀(guān)世界的一種手段。通過(guò)具有數(shù)據(jù)采集和處理能力的傳感裝置（稱(chēng)為傳感器），人們可以定量地測(cè)量客觀(guān)物理世界的屬性或參量，從而有可能把握客觀(guān)世界的變化規(guī)律。傳感器技術(shù)是信息社會(huì)的重要技術(shù)基礎(chǔ)，目前已應(yīng)用在各行各業(yè)（從家居生活、醫(yī)療服務(wù)、環(huán)保與災(zāi)害預(yù)防預(yù)測(cè)，到航空航天與能源交通等）。隨著微電子和MEMS制造技術(shù)的快速發(fā)展，傳感器技術(shù)正向著微型化方向發(fā)展，而計(jì)算機(jī)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)則使得傳感技術(shù)朝著智能化、網(wǎng)絡(luò)化、集成化的方向發(fā)展。如今，分布式傳感技術(shù)正成為對(duì)復(fù)雜環(huán)境自適應(yīng)檢測(cè)的重要手段，而無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是這種分布式傳感技術(shù)手段的重要形式。1999年，美國(guó)的著名《商業(yè)周刊》將無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)列為21世紀(jì)最具影響的21項(xiàng)技術(shù)之一，2003年，麻省理工學(xué)院技術(shù)評(píng)論在預(yù)測(cè)未來(lái)技術(shù)發(fā)展的報(bào)告中，將其列為改變世界的十大新技術(shù)之一，而《商業(yè)周刊》又在其“未來(lái)技術(shù)專(zhuān)版”中將傳感器網(wǎng)絡(luò)視為全球未來(lái)的四大高技術(shù)產(chǎn)業(yè)之一，稱(chēng)其將掀起新的產(chǎn)業(yè)浪潮。控制是通過(guò)遵循一定的標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)則，確保目標(biāo)對(duì)象／組織按照預(yù)想的計(jì)劃或方案實(shí)施的過(guò)程?？刂破魇亲詣?dòng)控制系統(tǒng)的決策中心，根據(jù)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(yuǎn)程控制；反饋控制、前饋控制和現(xiàn)場(chǎng)控制。傳感與控制的結(jié)合是系統(tǒng)自動(dòng)化的核心，是實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制和智能控制的基礎(chǔ)。機(jī)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(lái)越廣泛地被使用在工業(yè)生產(chǎn)、軍工國(guó)防、航空航天、環(huán)境保護(hù)、甚至家居服務(wù)等多種行業(yè)。機(jī)器人與網(wǎng)絡(luò)的結(jié)合一直是機(jī)器人系統(tǒng)研究的熱點(diǎn)，遠(yuǎn)程操作機(jī)器人、多機(jī)器人系統(tǒng)等都是機(jī)器人網(wǎng)絡(luò)化的代表。而無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)和機(jī)器人的結(jié)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(huì)提升系統(tǒng)的反應(yīng)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(lái)智能網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的先鋒。

編輯推薦

《無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)與移動(dòng)機(jī)器人控制》可作為計(jì)算機(jī)、電子信息和自動(dòng)化及相關(guān)專(zhuān)業(yè)的研究生教材，也可供從事無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)和移動(dòng)機(jī)器人領(lǐng)域的研究人員和工程技術(shù)人員參考。

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