面向服務任務的智能空間支持技術研究與實現.pdf

1、智能空間是一種集成多種感知、決策、執(zhí)行和控制設備的復雜系統(tǒng)，各種設備之間通過網絡互聯實現信息交換，進而協作地完成服務任務。近年來提出的服務機器人智能空間將智能空間與服務機器人相結合，擴展了服務機器人的感知和決策能力。同時，服務機器人作為智能空間中可移動的感知和執(zhí)行設備，也豐富了智能空間的信息感知和服務執(zhí)行功能。智能空間的服務支持技術，是為智能空間完成服務任務所提供的支撐技術，是智能空間完成服務任務所必需的若干傳感、通訊、決策、控制等技術

2、的集合，是支持智能空間穩(wěn)定、高效、準確地完成服務任務的基礎和保證。本文面向智能空間的服務任務要求，針對智能空間服務支持技術的具體實現和其中的共性關鍵問題進行了研究。主要工作如下：
　　 ⑴面向智能空間的分布式智能設備控制任務要求，實現了基于ZigBee的智能空間無線傳感執(zhí)行網絡。在分析智能空間異構互聯網絡的基礎上，提出了基于樹狀拓撲結構的ZigBee無線傳感執(zhí)行網絡系統(tǒng)整體設計方案?；贑C2430無線單片機完成了無線傳感執(zhí)行網

3、絡通信節(jié)點和傳感執(zhí)行器節(jié)點的硬件設計，節(jié)點硬件的模塊化設計降低了系統(tǒng)的復雜性?；赯-Stack軟件協議棧設計了ZigBee無線傳感執(zhí)行網絡的軟件系統(tǒng)，實現了智能空間的高層決策和控制系統(tǒng)與低層傳感和執(zhí)行設備的無縫銜接。網絡通信性能測試表明該ZigBee無線傳感執(zhí)行網絡能夠滿足分布式智能設備控制任務要求。
　　 ⑵面向智能空間低成本目標定位任務要求，在ZigBee無線傳感執(zhí)行網絡的基礎上，設計了基于CC2431的定位系統(tǒng)，詳細介紹

4、了定位系統(tǒng)的工作過程和命令信息格式，比較了不同應用環(huán)境和參考節(jié)點密度條件下的定位精度，討論了影響定位系統(tǒng)定位精度的主要因素。在分析無線信號傳播模型的基礎上，證明了環(huán)境參數動態(tài)變化是影響RSSI定位精度的主要因素，并提出了一種環(huán)境參數自適應的RSSI定位算法。該算法避免了環(huán)境參數的估計，減少了環(huán)境參數動態(tài)變化對定位精度的影響，與CC2431定位系統(tǒng)相比定位精度提高了約30％。進一步，針對發(fā)射信號功率和路徑損耗指數動態(tài)變化對RSSI定位精度

5、的影響，將RSSI定位問題轉化為非線性方程組的參數向量估計問題，提出了基于UKF的目標位置和信道參數同時估計算法，與CC2431定位系統(tǒng)相比定位精度提高了近50％。
　　 ⑶面向智能空間中基于RFID的物品定位任務要求，針對RFID在應用中難以確定標簽與天線的相對位置這一問題，提出了一種RFID標簽定位算法。首先建立了一種多功率RFID標簽識別率模型，統(tǒng)計得到多功率條件下RFID標簽的識別率上下界，將多功率下的RFID標簽定位問

6、題轉化為不確定信息融合問題。將單功率貝葉斯估計結果用于構造基本信度賦值函數，對多功率下的RFID標簽定位信息采用DSm廣義融合機進行信息融合，進而將融合結果用于識別范圍內的隨機粒子加權估計RFID標簽位置。實驗結果表明，該RFID標簽定位算法能夠穩(wěn)定收斂到較高定位精度，能夠滿足物品定位的要求。
　　 ⑷面向服務任務中的平穩(wěn)運動要求，提出了智能空間中基于Bezier曲線的服務機器人平滑路徑規(guī)劃算法。首先使用Voronoi圖獲得Be