基于机器人实现虚拟网格边界穿越的方法技术

本发明专利技术涉及一种基于机器人实现虚拟网格边界穿越的方法，其中包括机器人寻找处于当前虚拟网格的边界的细栅格区域并根据生成树算法调整路径，若进入邻近的虚拟网格中，则放置数个新的初始信标节点。采用本发明专利技术的基于机器人实现虚拟网格边界穿越的方法，根据细栅格区域寻找当前虚拟网格的边界，利用粗栅格区域生成路径或放置新的初始信标节点，在检测到障碍物时调整路线避开，根据移动路径调整生成树分支，保证机器人能够穿越边界并设置新的信标节点，自动更新网络全覆盖地图，实现无线传感器网络完全覆盖性，大大降低网络构建成本，增强了机器人的灵活性、鲁棒性和精确性，具有更广泛的应用范围。

Method of virtual grid boundary crossing based on Robot

The present invention relates to a method of virtual grid boundary crossing based on robots, which includes searching fine grid areas at the boundary of the current virtual grid and adjusting paths according to spanning tree algorithm, and placing several new initial beacon nodes into adjacent virtual grid. The method of virtual grid boundary crossing based on robots of the present invention is adopted. The boundary of the current virtual grid is found according to the fine grid area, the path is generated by the coarse grid area or the new initial beacon node is placed, the route is adjusted to avoid obstacles when detected, the branch of the spanning tree is adjusted according to the moving path, and the machine is guaranteed. Robots can cross the boundary and set up new beacon nodes, automatically update the full coverage map of the network, achieve complete coverage of the wireless sensor network, greatly reduce the cost of network construction, enhance the flexibility, robustness and accuracy of the robot, and have a wider range of applications.

【技术实现步骤摘要】
基于机器人实现虚拟网格边界穿越的方法
本专利技术涉及机器人定位领域，尤其涉及无线传感器网络中移动机器人定位的领域，具体是指一种基于机器人实现虚拟网格边界穿越的方法。
技术介绍
计算机技术、无线通信、信息网络与集成电路等技术的不断革新推动着无线传感器网络技术的飞速发展。无线传感器网络(wirelesssensornetwork，WSN)是为监测特定区域并获取其中有用信息而在区域内布置大量传感器节点形成的一个多跳自组织的网络系统。无线传感器节点的部置直接影响网络的覆盖程度，进而制约网络的服务质量。当前相当一部分对无线传感器网络的研究集中在如何提高无线传感器网络的覆盖率上。栅栏覆盖保证了每个穿越传感器栅栏的运动都将被检测到，是一个众所周知的用于这样应用的适当的覆盖模型。栅栏覆盖有很多超过全面覆盖(一个要求每一个在部署区域的点都被覆盖的模型)的诸多优势。比如，全局栅栏覆盖技术比全覆盖技术要求更少的传感器。然而，它已被证明，由于一个传感器部署，传感器不能确定是否在区域部署提供全局栅栏覆盖，使其无法发展局限性的算法，从而限制了它在实践中使用。此外，局域栅栏覆盖有一个主要限制，就是独立传感器不能局部地确定网络是否不能提供栅栏覆盖，使其不可能发展局域性的算法。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服了上述现有技术的缺点，提供了一种高效能、具有良好检测效果的基于机器人实现虚拟网格边界穿越的方法。为了实现上述目的，本专利技术的基于机器人实现虚拟网格边界穿越的方法具有如下构成：该基于机器人实现虚拟网格边界穿越的方法，其主要特点是，所述的方法包括以下步骤：(1)将待测区域分割成数个虚拟网格；(2)将各个虚拟网格分割成数个粗栅格区域，并将各个粗栅格区域分割成数个细栅格区域；(3)从数个虚拟网格中选定一个作为当前虚拟网格；(4)所述的当前虚拟网格中放置数个初始信标节点并组成无线传感器网路；(5)所述的机器人在所述的当前虚拟网格中生成路径并放置新的信标节点；(6)所述的机器人寻找处于所述的当前虚拟网格的边界的细栅格区域；(7)所述的机器人根据生成树算法调整路径；(8)所述的机器人判断是否穿越边界进入邻近的虚拟网格，如果是，则继续步骤(9)，否则返回上述步骤(6)；(9)所述的机器人放置数个新的初始信标节点。进一步地，所述的机器人放置数个新的初始信标节点，具体包括以下步骤：(9.1)所述的机器人判断当前虚拟网格中是否存在三个已放置的信标节点，如果是，继续步骤(5)，否则继续步骤(9.2)(9.2)若所述的机器人在当前虚拟网格寻找到未覆盖的粗栅格区域，则生成路径，否则放置一个新的初始信标节点；(9.3)所述的机器人更换方向拓展路径，并返回上述步骤(9.1)。更进一步地，所述的步骤(5)和(6)之间还包括如下步骤：所述的机器人判断当前虚拟网格是否完全覆盖，如果是，则继续步骤(6)，否则返回步骤(5)。其中，所述的虚拟网格中的各个初始信标节点之间的最大距离为其通信半径的二分之一。进一步地，所述的机器人寻找处于所述的当前虚拟网格的边界的细栅格区域，具体为：所述的机器人逆时针方向寻找处于所述的当前虚拟网格的边界的细栅格区域。进一步地，所述的机器人根据生成树算法调整路径，具体为：所述的机器人根据生成树算法逆时针方向调整路径。进一步地，所述的步骤(7)和(8)之间，还包括如下步骤：当所述的机器人遇到障碍物时，所述的机器人放置一个新的信标节点并改变其运动方向。采用了该专利技术的基于机器人实现虚拟网格边界穿越的方法，根据细栅格区域寻找当前虚拟网格的边界，利用粗栅格区域生成路径或放置新的初始信标节点，在检测到障碍物时调整路线避开，根据移动路径调整生成树分支，保证机器人能够穿越边界并设置新的信标节点，自动更新网络全覆盖地图，实现无线传感器网络完全覆盖性，大大降低网络构建成本，增强了机器人的灵活性、鲁棒性和精确性，具有更广泛的应用范围。附图说明图1为本专利技术的基于机器人实现虚拟网格边界穿越的方法的流程图。图2为本专利技术的基于机器人实现虚拟网格边界穿越的方法的规划路径的示意图。图3为本专利技术的基于机器人实现虚拟网格边界穿越的方法的规划路径的流程图。图4为本专利技术的基于机器人实现虚拟网格边界穿越的方法的修复漏洞的示意图。图5为本专利技术的基于机器人实现虚拟网格边界穿越的方法的具体实施例。具体实施方式为了能够更清楚地描述本专利技术的
技术实现思路
，下面结合具体实施例来进行进一步的描述。如图1所示，为本专利技术的基于机器人实现虚拟网格边界穿越的方法的流程图，包括以下步骤：(1)将待测区域分割成数个虚拟网格；(2)将各个虚拟网格分割成数个粗栅格区域，并将各个粗栅格区域分割成数个细栅格区域；(3)从数个虚拟网格中选定一个作为当前虚拟网格；(4)该当前虚拟网格中放置数个初始信标节点并组成无线传感器网路；(5)机器人在当前虚拟网格中生成路径并放置新的信标节点；(6)机器人寻找处于当前虚拟网格的边界的细栅格区域；(7)机器人根据生成树算法调整路径；(8)机器人判断是否穿越边界进入邻近的虚拟网格，如果是，则继续步骤(9)，否则返回上述步骤(6)；(9)机器人放置数个新的初始信标节点。在一个具体实施例中，向将待测区域分割成数个虚拟网格，机器人利用地图栅格分解法将各个虚拟网格分割成数个粗栅格区域，并将粗栅格区域分割成数个细栅格区域，当在一个虚拟网格中通过增量式部署足够多的信标节点实现网络覆盖时，该网络环境可能仍然无法适用于机器人工程需要，由于许多定位算法需要至少两个信标节点完成机器人动态定位。在此情况下，网络环境要求达到合理的k重网络覆盖。本方法用粗栅格和细栅格解决避障和避免网络覆盖漏洞问题。粗栅格的栅格尺寸定义为一个信标节点的感知范围。细栅格的栅格尺寸定义为1m×1m的网格。为了减少计算复杂度，将探索区域分割成子区域。一个子区域为50m×50m，并平均分割成50×50个网格，即细栅格。细栅格是网络覆盖地图的基础，可以标记为已覆盖细栅格(定义为被信标节点通信半径r覆盖的栅格)、未覆盖细栅格(定义为未被任何信标节点覆盖的栅格)或障碍物(如果机器人探测该物体为障碍物的情况)。并且，如果在同一方向的粗栅格内存在未覆盖细栅格，则从机器人当前位置到未覆盖细栅格的粗栅格区域标记为未覆盖粗栅格。否则，粗栅格标记为已覆盖粗栅格。并且，本方法通过两个阶段建立在线规划路径，包括粗栅格阶段和细栅格阶段。在粗栅格阶段，如果在一个方向上存在网络漏洞，生成树假设该方向为未覆盖粗栅格，按照逆时针方向拓展生存树，包括向右、向上、向左和向下。然后，如果机器人探测到障碍物，则按照逆时针方向改变方向。在细栅格阶段，四个方向可以分为两种，包括水平组(包括向右和向左)和垂直方向(包括向上和向下)。当机器人运动在水平组的粗栅格内，使用三角形路径规划算法用于建立在线机器人新路径，否则，使用生成树算法建立在线机器人新路径。图2描述了本专利技术的规划路径的一种情况。首先，为了减少计算复杂度，将探测区域分割成子区域，用虚线标记。其次，三个初始信标节点部署在预定位置，用星形标记。因此，移动机器人可以使用各种定位算法实现自身动态定位。网络覆盖地图可以基于50×50细栅格建立，标记为已覆盖细栅格、未覆盖细栅格或者障碍物。并且网络覆盖地图中的网络漏洞可以被定位，标记为未覆盖栅本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于机器人实现虚拟网格边界穿越的方法，其特征在于，所述的方法包括以下步骤：(1)将待测区域分割成数个虚拟网格；(2)将各个虚拟网格分割成数个粗栅格区域，并将各个粗栅格区域分割成数个细栅格区域；(3)从数个虚拟网格中选定一个作为当前虚拟网格；(4)所述的当前虚拟网格中放置数个初始信标节点并组成无线传感器网路；(5)所述的机器人在所述的当前虚拟网格中生成路径并放置新的信标节点；(6)所述的机器人寻找处于所述的当前虚拟网格的边界的细栅格区域；(7)所述的机器人根据生成树算法调整路径；(8)所述的机器人判断是否穿越边界进入邻近的虚拟网格中，如果是，则继续步骤(9)，否则返回上述步骤(6)；(9)所述的机器人放置数个新的初始信标节点。

【技术特征摘要】
1.一种基于机器人实现虚拟网格边界穿越的方法，其特征在于，所述的方法包括以下步骤：(1)将待测区域分割成数个虚拟网格；(2)将各个虚拟网格分割成数个粗栅格区域，并将各个粗栅格区域分割成数个细栅格区域；(3)从数个虚拟网格中选定一个作为当前虚拟网格；(4)所述的当前虚拟网格中放置数个初始信标节点并组成无线传感器网路；(5)所述的机器人在所述的当前虚拟网格中生成路径并放置新的信标节点；(6)所述的机器人寻找处于所述的当前虚拟网格的边界的细栅格区域；(7)所述的机器人根据生成树算法调整路径；(8)所述的机器人判断是否穿越边界进入邻近的虚拟网格中，如果是，则继续步骤(9)，否则返回上述步骤(6)；(9)所述的机器人放置数个新的初始信标节点。2.根据权利要求1所述的基于机器人实现虚拟网格边界穿越的方法，其特征在于，所述的机器人放置数个新的初始信标节点，具体包括以下步骤：(9.1)所述的机器人判断当前虚拟网格中是否存在三个已放置的信标节点，如果是，继续步骤(5)，否则继续步骤(9.2)(9.2)若所述的机器人在当前虚拟网格寻找到未覆盖的粗栅格区域，则生成路径，否则放置一个新的初始信标节点；...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯晟，沈士根，周海平，黄龙军，彭华，
申请(专利权)人：绍兴文理学院，
类型：发明
国别省市：浙江,33