通過(guò)遠(yuǎn)程控制實(shí)現(xiàn)園區(qū)巡檢和野外勘察的履帶機(jī)器人系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種通過(guò)遠(yuǎn)程控制實(shí)現(xiàn)園區(qū)巡檢和野外勘察的履帶機(jī)器人系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]機(jī)器人能夠協(xié)助或取代人類的工作，為人類帶來(lái)許多便捷，可以廣泛應(yīng)用到各行各業(yè)。在一些面積較大的園區(qū)，如果利用安裝監(jiān)控器的方法保證安全，存在監(jiān)控盲區(qū)；如果利用人工巡邏，需要投入大量的巡邏員；如果利用移動(dòng)機(jī)器人進(jìn)行園區(qū)巡邏，則可以解決這些問(wèn)題。同樣，在野外勘察時(shí)，也可以利用移動(dòng)機(jī)器人協(xié)助人類進(jìn)行工作。本發(fā)明主要利用移動(dòng)機(jī)器人進(jìn)行園區(qū)巡邏和野外勘察。
[0003]要利用移動(dòng)機(jī)器人進(jìn)行園區(qū)巡邏和野外勘察，需要選擇合適的移動(dòng)方式。
[0004]移動(dòng)機(jī)器人分為履帶式、輪式、行走式、水下推進(jìn)式等。本發(fā)明選用履帶式移動(dòng)機(jī)器人，因?yàn)槁膸揭苿?dòng)機(jī)器人具有更大的作用面，可以適應(yīng)各種復(fù)雜多樣的路面，可自主爬樓梯和克服地形障礙，在凹凸不平的路面行進(jìn)，還可以在惡劣環(huán)境下或野外作業(yè)等。
[0005]移動(dòng)機(jī)器人能夠自動(dòng)執(zhí)行工作，主要有兩種方式:一種是通過(guò)人的控制；一種是通過(guò)事先設(shè)計(jì)好的程序。受限于已有技術(shù)和應(yīng)用場(chǎng)景的復(fù)雜性和不確定性，履帶式機(jī)器人無(wú)法自主完成所有任務(wù)，本發(fā)明選用利用遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的方法，人類觀測(cè)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)環(huán)境，做出行動(dòng)決策，再下達(dá)命令給機(jī)器人執(zhí)行。
[0006]由于履帶式移動(dòng)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)和位置的不確定性，無(wú)線通訊成為了移動(dòng)機(jī)器人必備的通訊方式。由于無(wú)線通訊的傳輸環(huán)境的復(fù)雜性和時(shí)變性，要在移動(dòng)機(jī)器人作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)和控制后臺(tái)之間實(shí)時(shí)的傳輸圖像、傳感、控制等信息，面臨著極大的挑戰(zhàn)。中國(guó)發(fā)明專利CN1331641C授權(quán)了一種保安機(jī)器尋路人，包括保安巡邏機(jī)器狗本體、安防監(jiān)控系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和多傳感器信息融合系統(tǒng)四部分，可以按照自主巡邏和人工操控兩種工作方式，能自主避開障礙物修改前進(jìn)路線。但該發(fā)明存在以下不足:(1)采用無(wú)線模擬通訊技術(shù)傳輸圖像，可靠性和安全性不夠；(2)采用輪式機(jī)器人，無(wú)法適應(yīng)野外等惡劣工作環(huán)境；(3)攝像機(jī)回轉(zhuǎn)范圍較小，無(wú)法適應(yīng)野外考察的復(fù)雜環(huán)境。(4)只考慮單個(gè)移動(dòng)機(jī)器人的場(chǎng)景，沒(méi)有考慮多個(gè)機(jī)器人之間的通訊、組網(wǎng)與協(xié)作，限制了移動(dòng)機(jī)器人的使用范圍。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，提出了一種通過(guò)遠(yuǎn)程通訊控制實(shí)現(xiàn)園區(qū)巡檢和野外勘察的履帶式機(jī)器人系統(tǒng)。本系統(tǒng)包括遠(yuǎn)程通訊控制中心和若干個(gè)履帶式機(jī)器人系統(tǒng)；其中，所述遠(yuǎn)程通訊控制中心，對(duì)履帶式移動(dòng)機(jī)器人反饋的信息進(jìn)行解碼、分析和決策；根據(jù)獲取的信息對(duì)履帶式移動(dòng)機(jī)器人的行動(dòng)發(fā)送命令；所述履帶式機(jī)器人系統(tǒng)，根據(jù)遠(yuǎn)程控制中心發(fā)送的命令執(zhí)行不同的運(yùn)動(dòng)和操作；當(dāng)沒(méi)有收到遠(yuǎn)程控制中心的命令時(shí)，具有一定的自主性，能夠自己檢測(cè)環(huán)境，執(zhí)行常規(guī)任務(wù)；和其它移動(dòng)機(jī)器人通過(guò)自組網(wǎng)的方式相互通訊，相互協(xié)作；其中，所述遠(yuǎn)程通訊控制中心和所述履帶式移動(dòng)機(jī)器人，以及履帶式移動(dòng)機(jī)器人之間通過(guò)無(wú)線信號(hào)收發(fā)模塊進(jìn)行信息交互。
[0008]進(jìn)一步的，所述遠(yuǎn)程通訊控制中心包括輸入輸出模塊、控制與決策模塊、補(bǔ)償與預(yù)測(cè)模塊、統(tǒng)計(jì)分析模塊、無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)、控制模塊，執(zhí)行模塊以及反饋模塊；其中，所述輸入輸出模塊支持視頻顯示和地圖顯示兩種模式，支持語(yǔ)音和頁(yè)面輸入輸出，能夠生成文字或圖在界面中進(jìn)行顯示；所述控制與決策模塊接收輸入輸出模塊的信息，進(jìn)行任務(wù)分配，路徑規(guī)劃等，并生成控制命令，通過(guò)通訊模塊和無(wú)線通訊網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給所述履帶式移動(dòng)機(jī)器人；所述補(bǔ)償與預(yù)測(cè)模塊根據(jù)統(tǒng)計(jì)學(xué)習(xí)得到的信息，對(duì)控制命令等進(jìn)行補(bǔ)償；所述統(tǒng)計(jì)分析模塊監(jiān)控通訊模塊和無(wú)線通訊網(wǎng)絡(luò)，獲取網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)、控制誤差等信息，根據(jù)數(shù)據(jù)類型將接收到的全部數(shù)據(jù)進(jìn)行分析；所述履帶式移動(dòng)機(jī)器人包含有控制模塊和執(zhí)行模塊和反饋模塊，自身維護(hù)一個(gè)小的反饋系統(tǒng)，并通過(guò)無(wú)線通訊網(wǎng)絡(luò)將反饋結(jié)果反饋給遠(yuǎn)程通訊控制中心；遠(yuǎn)程通訊控制中心從所述履帶式移動(dòng)機(jī)器人接收反饋信息，發(fā)送給所述統(tǒng)計(jì)分析模塊和所述輸入輸出模塊。
[0009]進(jìn)一步的，所述履帶式移動(dòng)機(jī)器人包括電源模塊、控制模塊、信號(hào)采集模塊、監(jiān)控模塊、運(yùn)動(dòng)模塊、通訊模塊以及輸入輸出模塊；其中，所述控制模塊連接所述電源模塊、信號(hào)采集模塊、監(jiān)控模塊、運(yùn)動(dòng)模塊、通訊模塊以及輸入輸出模塊，負(fù)責(zé)整個(gè)系統(tǒng)的狀態(tài)控制、命令解析、命令發(fā)送；所述運(yùn)動(dòng)模塊，接收控制模塊發(fā)送的命令后，對(duì)履帶式機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)、運(yùn)動(dòng)軌跡等進(jìn)行調(diào)整；另外，還會(huì)對(duì)監(jiān)控模塊的攝像頭進(jìn)行旋轉(zhuǎn)、升降、調(diào)度調(diào)整，保證監(jiān)控模塊能夠高效的采集信息。
[0010]更進(jìn)一步的，所述控制模塊包括系統(tǒng)控制與決策模塊，狀態(tài)監(jiān)控與控制模塊，信息采集控制模塊，通訊控制模塊，以及運(yùn)動(dòng)控制模塊；
其中，所述系統(tǒng)控制與決策模塊是履帶式移動(dòng)機(jī)器人的大腦，負(fù)責(zé)整個(gè)履帶式移動(dòng)機(jī)器人行為；
所述狀態(tài)監(jiān)控與控制模塊通過(guò)對(duì)狀態(tài)監(jiān)控傳感器組進(jìn)行控制，對(duì)自身的狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，防止意外發(fā)生；
所述信息采集控制模塊控制信息采集傳感器組進(jìn)行信息采集；
所述通訊控制模塊控制通訊模塊的收發(fā)、通訊資源分配、控制參數(shù)配置與維護(hù)；
所述運(yùn)動(dòng)控制模塊控制機(jī)器人的行走、掉頭、調(diào)速、爬坡等，并接收運(yùn)動(dòng)模塊的反饋。
[0011]更進(jìn)一步的，所述分析控制模塊根據(jù)設(shè)定的模式和操作環(huán)境自動(dòng)選擇常規(guī)巡邏模式還是遠(yuǎn)程操作控制模式，并根據(jù)設(shè)定的模式進(jìn)行工作。
[0012]本發(fā)明還提出一種履帶式移動(dòng)機(jī)器人組網(wǎng)方法，遠(yuǎn)程通訊控制中心發(fā)送組網(wǎng)命令至履帶式移動(dòng)機(jī)器人；所述履帶式移動(dòng)機(jī)器人根據(jù)所述組網(wǎng)命令主動(dòng)掃描和偵聽系統(tǒng)中設(shè)定的無(wú)線頻點(diǎn)，并通過(guò)偵聽到的頻點(diǎn)和信息，建立和其他履帶式移動(dòng)機(jī)器人的通訊；每個(gè)履帶式移動(dòng)機(jī)器人分別占用一個(gè)時(shí)隙信道，將獲得指定所述組網(wǎng)的數(shù)據(jù)上報(bào)給遠(yuǎn)程通訊控制中心；所述遠(yuǎn)程通訊控制中心根據(jù)上報(bào)信息對(duì)接收到的組網(wǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和優(yōu)化，并將優(yōu)化結(jié)果轉(zhuǎn)化成命令消息發(fā)送給履帶式移動(dòng)機(jī)器人；其中，所述遠(yuǎn)程通訊控制中心和所述履帶式移動(dòng)機(jī)器人以及履帶式移動(dòng)機(jī)器人均通過(guò)無(wú)線通訊網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。
[0013]進(jìn)一步的，當(dāng)遠(yuǎn)程通訊控制中心和履帶式移動(dòng)機(jī)器人之間的通訊鏈路中斷后，所述履帶式移動(dòng)機(jī)器人能夠主動(dòng)掃描和偵聽系統(tǒng)中設(shè)定的無(wú)線頻點(diǎn)，建立和其他履帶式移動(dòng)機(jī)器人的通訊，以其他履帶式移動(dòng)機(jī)器人作為中繼，建立與遠(yuǎn)程通訊控制中心的通信通路。
[0014]更進(jìn)一步的，當(dāng)履帶式移動(dòng)機(jī)器人傳回的圖像中包含人時(shí)，遠(yuǎn)程通訊控制中心根據(jù)需要利用機(jī)器人作為對(duì)講機(jī)和圖像中的人進(jìn)行交流，進(jìn)行相關(guān)的咨詢、盤問(wèn)，了解現(xiàn)場(chǎng)情況。
[0015]更進(jìn)一步的，履帶式機(jī)器人將接收到的異常數(shù)據(jù)與突發(fā)情況進(jìn)行上報(bào)，并根據(jù)需要進(jìn)行預(yù)警。
[0016]采用上述履帶式機(jī)器人系統(tǒng)或方法后，針對(duì)園區(qū)巡檢和野外勘察的環(huán)境復(fù)雜性，能夠同時(shí)對(duì)多個(gè)履帶式機(jī)器人進(jìn)行同時(shí)的實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程控制，并能夠根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境情況進(jìn)行組網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)履帶式機(jī)器人之間的相互通訊和協(xié)作，擴(kuò)大機(jī)器人的活動(dòng)范圍和應(yīng)用范圍，節(jié)約人力、物力。
【附圖說(shuō)明】
[0017]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。
[0018]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]圖2為本發(fā)明遠(yuǎn)程通訊控制中心的原理框圖。
[0020]圖3為本發(fā)明履帶式機(jī)器人的原理框圖。
[0021]圖4為本發(fā)明履帶式機(jī)器人的控制系統(tǒng)框圖。
[0022]圖5為本發(fā)明履帶式機(jī)器人常規(guī)巡邏時(shí)的操作流程圖。
[0023]圖中:I為遠(yuǎn)程通訊控制中心，2為履帶式機(jī)器人，3為無(wú)線通訊網(wǎng)絡(luò)，101為輸入輸出模塊，102為控制與決策模塊，103為補(bǔ)償與預(yù)測(cè)模塊，104為統(tǒng)計(jì)學(xué)習(xí)模塊，106為控制模塊，107為執(zhí)行模塊，108為反饋模塊，201為輸出模塊，202為信息采集傳感器組，203為運(yùn)動(dòng)模塊，204為通訊模塊，205為狀態(tài)監(jiān)控傳感器組，206為電源模塊，301為系統(tǒng)控制與決策模塊，302為狀態(tài)監(jiān)控與控制模塊，303為信息采集控制模塊，304為通訊控制模塊，305為運(yùn)動(dòng)控制模塊，306為驅(qū)動(dòng)電路模塊，307為光電編碼器，308為數(shù)據(jù)庫(kù)。
【具體實(shí)施方式】
[0024]如圖1所示，本發(fā)明的物聯(lián)網(wǎng)檢測(cè)系統(tǒng)包括遠(yuǎn)程通訊控制中心1，所述遠(yuǎn)程通訊控制中心I上連接有無(wú)線信號(hào)收發(fā)模塊，還包括信號(hào)處理模塊、分析模塊2，所述履帶式機(jī)器人2上也連接有無(wú)線信號(hào)收發(fā)模塊，這樣遠(yuǎn)程通訊控制中心與履帶式機(jī)器人之間通過(guò)無(wú)線通訊網(wǎng)絡(luò)3進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。這樣通過(guò)無(wú)線通訊網(wǎng)絡(luò)2遠(yuǎn)程通訊控制中心I發(fā)送控制命令給履帶式機(jī)器人2，履帶式機(jī)器人2接收與其對(duì)應(yīng)的運(yùn)行狀態(tài)控制相關(guān)的數(shù)據(jù)，然后根據(jù)遠(yuǎn)程控制中心發(fā)送的命令執(zhí)行不同的運(yùn)動(dòng)和操作，當(dāng)沒(méi)有收到遠(yuǎn)程控制中心的命令時(shí)，根據(jù)預(yù)先設(shè)計(jì)好的路線和傳感器獲得的數(shù)據(jù)檢測(cè)，自行檢測(cè)環(huán)境，執(zhí)行常規(guī)任務(wù)。
[0025]更進(jìn)一步的，圖1中的無(wú)線通訊網(wǎng)絡(luò)3是由多個(gè)獨(dú)立的無(wú)線通訊網(wǎng)絡(luò)組成的異構(gòu)無(wú)線通訊網(wǎng)絡(luò)