CN101004604A - 一种多仿生机器人协作控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及仿生机器人技术领域，特别是一种多仿生机器人协作控制系统。由地面控制计算机、摄像机、图像采集卡、串口扩展模块、无线通讯模块(无线发射和接收模块)及多类仿生机器人(仿生机器鱼、仿生机器蛇、扑翼机器鸟)组成。2台摄像机采集陆地和水面环境的信息通过电缆分别接入地面控制计算机的图像采集卡中。地面控制计算机根据各环境中仿生机器人位置、方向和目标信息进行决策，产生控制命令，通过与串口扩展模块相连接的各无线发射模块传输给各仿生机器人相应的无线接收模块以指导它们的运动。本发明根据任务进度切换不同摄像机的图像，结构简单，扩展性强，为开发能够完成多环境下任务的多机器人系统提供实验平台。
Description
技术领域
本发明涉及仿生机器人技术领域，特别是一种多仿生机器人协作控制系统。
背景技术
仿生学是20世纪60年代出现的一门综合性边缘学科，它由生命科学与工程技术科学相互渗透、相互结合而成。目前，仿生机器人越来越成为世界各国机器人研究热点。美国国防部高级研究计划局(DARPA)资助了仿生飞行机器人的研制，加州工学院耗资180万美元于2000年研制成功基于微机电系统(MEMES)的电池供电、微电机驱动的扑翼飞行器Microbat；美国加州大学伯克利分校的研究小组用了4年的时间基于仿生学原理制造出的世界上第一只能飞翔的“机器苍蝇”；日本东京工学院的Yamada于2003年研制的一种可用于外层空间探索的蛇形机器人；日本在双足仿人型机器人和仿宠物机器人进行了开发，具有代表性的是本田公司的仿人型机器人ASIMO和索尼公司的机器狗AIBO。
在我国，仿生机器人的研究也富有成效，针对水陆空的环境特点，都有相应的仿生机器人研究项目。目前的研究大都集中于单类仿生机器人，考虑到单类机器人的能力有限，任务的复杂性、不确定性和并发性使得其难以完成多环境(空中、陆地和水面)下的任务。例如，为了实现一个空中目标经地面进入水中的转移任务，可通过空中仿生机器人击落目标，而后地面仿生机器人将目标运送至水中，最后水中仿生机器人运送目标到指定位置。该任务采用单类机器人来完成是不现实的。本发明采用多类仿生机器人，包括仿生机器鱼、仿生机器蛇、扑翼机器鸟等，通过组织一个多仿生机器人系统来协作完成多环境下的任务，拓宽了其应用范围，解决了上述问题。
发明内容
一种多仿生机器人协作控制系统，由地面控制计算机、摄像机、图像采集卡、串口扩展模块、无线通讯模块包括无线发射模块和无线接收模块，以及多类仿生机器人组成，其中
摄像机采集其视场下的环境信息并通过电缆传入地面控制计算机的图像采集卡中；
地面控制计算机根据获取的视觉信息进行决策，产生控制命令通过与串口扩展模块相连接的各无线发射模块分别传输给装有无线接收模块的各仿生机器人。
摄像机有2台，可同时监控陆地和水面环境，分别通过电缆与图像采集卡相连。
地面控制计算机通过串口扩展模块与多个无线发射模块相连。
地面控制计算机对不同摄像机图像的处理基于任务进度来切换。
多个摄像机获取的图像可根据任务进度进行切换，从而实现多仿生机器人之间的协作。
本发明结构简单，扩展性强，为开发能够完成多环境(空中、陆地和水面)下任务的多机器人系统提供实验平台。
附图说明
图1是一种多仿生机器人协作控制系统的结构图。
具体实施方式
下面结合附图1对本发明所提供的多仿生机器人协作控制系统做出说明。
多仿生机器人协作控制系统主要由以下几部分组成：计算机、摄像机、图像采集卡、串口扩展模块、无线通讯模块以及多类仿生机器人。仿生机器人系统包括12、15、16、19所指的仿生机器鱼(小)SF，仿生机器鱼(大)BF、仿生机器蛇S、扑翼机器鸟B。
1和2所指的摄像机C1、C2通过电缆3分别与4和5所指的图像采集卡K1和K2相连接，K1和K2置于地面控制计算机6中。
基于上述结构，摄像机C1和C2分别获取视场内陆地和水面环境的信息，通过电缆传输到图象采集卡K1和K2中，图象采集卡将获取的模拟信息转为数字信号供地面控制计算机处理。
地面控制计算机的串口与7所指的串口扩展模块相连，该模块与8、9、10、11所指的无线发射模块M1-M4相连。18、17、13、14所指的无线接收模块R1-R4分别与各仿生机器人的串口相连。
由上述结构，地面控制计算机采用基于目标图像阈值自适应调整策略图像分割方法，通过图像处理得到各仿生机器人的位置和方向，在考虑仿生机器鱼(小)SF和仿生机器鱼(大)BF相互协作的基础上，进行决策产生各仿生机器人所需的控制命令字，通过各无线发射模块M1-M4发送给各机器人内部的无线接收模块R1-R4。然后各仿生机器人根据接收到的命令执行相应动作。
针对不同的摄像机获取的图像，地面控制计算机根据任务的进度进行切换，实现基于任务进度的多仿生机器人协作。
实施例
采用本发明所提供的方法设计了一种多仿生机器人协作控制系统。
摄像机采用Sony的SSC-DC578P，图像采集卡为大恒CG400。串口扩展模块为CP168U V2，无线发射模块为F05A，接收模块为J04E。
扑翼机器鸟是一种仿生驱动的飞行机器人，其翼展为65厘米，总重约110克。动力系统由电动机、减速器、曲柄-连杆机构组成，将电机的转动运动减至合适的速度，并将循环转动转化为往复扑动。扑翼飞行器的扑动频率大约为8～10Hz。控制方式采用无线电遥控，飞行稳定，操纵灵活。
仿生机器蛇是一种具有蛇类外观体态、能蜿蜒运动的机器人，能像蛇一样扭动身躯在地上或草丛中自主地运动，可前进、后退、拐弯和加速。它实现了像蛇一样的“无肢运动”，具有结构合理、控制灵活、性能可靠、可扩展性强等优点。
仿生机器鱼(小)仿照鲹科鱼类的游动机理，采用大展弦比的月牙形尾部，推进模式的波动主要集中在身体后2/3部分，推进力主要由具有一定刚度的尾鳍产生，在速度、加速度和可控性三者之间有最好的平衡。微小型机器鱼长0.4米，重约0.5公斤，摆动部分由四个关节组成，最大摆动频率2Hz，最高游动速度为0.32m/s，最大转弯半径200mm。
仿生机器鱼(大)是面向水下观测应用的仿生推进航行器，利用仿生推进，它兼有AUV高速巡游和ROV机动灵活的优点。长1.6米，宽0.4米，高0.4米，排水量40公斤，有效载荷9公斤；水平面机动性通过尾鳍推进器实现，机动灵活，最大速度达到1.5米/秒；竖直面机动性通过头部的两个胸鳍螺旋桨推进器实现。安装了水下摄像机，可将图像实时传回控制台；具备GPS导航能力，工作时间2至3小时。
Claims (5)
1.一种多仿生机器人协作控制系统，由地面控制计算机、摄像机、图像采集卡、串口扩展模块、无线通讯模块包括无线发射模块和无线接收模块，以及多类仿生机器人组成，其特征在于，
摄像机采集其视场下的环境信息并通过电缆传入地面控制计算机的图像采集卡中；
地面控制计算机根据获取的视觉信息进行决策，产生控制命令通过与串口扩展模块相连接的各无线发射模块分别传输给装有无线接收模块的各仿生机器人。
2.根据权利要求1所述的多仿生机器人协作控制系统，其特征在于，摄像机有2台，可同时监控陆地和水面环境，分别通过电缆与图像采集卡相连。
3.根据权利要求1所述的多仿生机器人协作控制系统，其特征在于，地面控制计算机通过串口扩展模块与多个无线发射模块相连。
4.根据权利要求1所述的多仿生机器人协作控制系统，其特征在于，地面控制计算机对不同摄像机图像的处理基于任务进度来切换。
5.根据权利要求1所述的多仿生机器人协作控制系统，其特征在于，多类仿生机器人是仿生机器鱼、仿生机器蛇、扑翼机器鸟。
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Publications (1)
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