CN101290519B - 基于3g网络的小型仿人形足球机器人远程监控系统 - Google Patents
基于3g网络的小型仿人形足球机器人远程监控系统 Download PDFInfo
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Abstract
一种计算机应用技术领域的基于3G网络的小型仿人形足球机器人远程监控系统，其中：传感器模块将传感器信号转换为电信号，做模数转换处理，转换后的信号作为运动控制模块信息输入；运动控制模块的控制信息一路送到执行单元舵机，另一路送到3G机载无线通讯模块；视觉模块同时也将采集到的图像信息处理后，送到3G机载无线通讯模块，由远程无线通讯发送到3G便携无线通讯模块；显示输出模块显示各舵机的运动状况和采集到的图像；输入模块通过3G便携无线通讯模块、3G机载无线通讯模块将输入信息传递给图像与通讯处理器和运动控制模块，实现手动控制机器人的控制要求。本发明可方便实时在线检测与控制，避免因突发事件带来损失。
Description
技术领域
本发明涉及的是一种计算机应用技术领域的远程监控系统，具体是一种基于3G网络的小型仿人形足球机器人远程监控系统。
背景技术
利用计算机网络实现对小型仿人形足球机器人的远程监控，可以了解监控场所的情况，并通过控制命令让机器人来完成所要求的任务。实现计算机网络远程控制的方法，有采用有线方法的，但随着通信技术的成熟，越来越多的是采用无线方法。目前计算机上用的较多的是802.11规格的以太网无线模块，但在远程监控的实际应用中，受到无线信号的传输距离和穿透能力的限制，其网络的覆盖范围较小，比较适用于近距离。而且互联网方式通常需要利用服务器实现，硬件投资成本大。目前这些较普遍的远程监控，通常都需要监控者随时监控，但由于硬件设施的地理位置和携带性的限制，这点很难实现。但如果有这么一种移动便携的系统，可以将监控现场情况及时通知监控者，然后监控者通过远程监控系统进行检测，并及时的控制机器人采取相应的措施，这样就大大的提高了实时性。
经对现有技术的文献检索发现，中国发明专利(申请号200510041375.3)提出了一种利用3G网络的远程视频监控系统，具体包括控制装置、录像装置、视频发送装置、视频接收装置和至少1个摄像头，所述控制装置、录像装置和视频发送装置位于系统主机内，其特征在于：所述主机内设有3G通信模块，所述视频接收装置采用3G手机实现，还设有运动监控装置，所述每一摄像头和每一运动监控装置的输出信号连接至系统主机。该发明可低成本地实现远程无线视频监控，并能及时得知情况。但该发明仅限于被动的接受用摄像头传来的图像，且无图像处理过程，在恶劣的环境下，对被控周围情况无法清楚了解。遇到异常情况该发明只是发出警报，但无执行装置，不能主动完成对意外情况的处理。因此研究一种主控端便于携带的小型仿人形足球机器人远程监控系统，实现对该机器人的在线性能监测和控制具有重要的现实意义。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种基于3G网络的小型仿人形足球机器人远程监控系统，使其可方便实时在线检测与控制，并且当发生异常情况时，能通过网络进行主动提示监控者采取维护措施，以避免因突发事件带来损失。
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括图像与通讯处理器、舵机、传感器模块、运动控制模块、视觉模块、3G机载无线通讯模块、3G便携无线通讯模块、显示输出模块和输入模块。传感器模块采集安装在各台设备上的传感器信号，并将传感器信号转换为电信号，做模数转换处理，转换后的信号作为运动控制模块信息输入。运动控制模块的控制信息结果分两路送出，一路送到执行单元舵机，作关节驱动，另一路通过图像与通讯处理器送到3G机载无线通讯模块。视觉模块同时也将采集到的图像信息经图像与通讯处理器(DSP6000/PDA)处理后，送到3G机载无线通讯模块，由远程无线通讯发送到3G便携无线通讯模块。显示输出模块显示了各舵机的运动状况和采集到的图像。输入模块通过3G便携无线通讯模块、3G机载无线通讯模块将输入信息传递给运动控制模块，实现手动控制机器人的运动和图像的采集等控制要求。
所述的图像与通讯处理器(DSP6000/PDA)用来对采集的图像进行处理。图像与通讯处理器采用图像预处理、分割、描述、识别和解释等算法完成图像处理，并和3G机载无线通讯模块通讯。
所述的舵机被用来作为机器人的关节，它可以接受来自运动控制模块的控制信号，通过舵盘的转动实现机器人的运动行为。
所述的传感器模块包括四个传感器：碰撞检测传感器、加速度计、红外传感器、陀螺仪。这四个传感器有各自的转换电路：碰撞检测传感器采集压力信号，对采集的压力信号进行电平转换，将采集的模拟信号进行模数转换，转换后的信号送至运动控制模块；加速度计采集加速度信号，对采集的加速度信号进行电平转换，将采集的模拟信号进行模数转换，转换后的信号送至运动控制模块；红外传感器采集红外信号，对采集的红外信号进行电平转换，将采集的模拟信号进行模数转换，转换后的信号送至运动控制模块；陀螺仪采集角速度信号，对采集的角速度信号进行电平转换，将采集的模拟信号进行模数转换，转换后的信号送至运动控制模块。
所述的运动控制模块用来处理传感器模块和用户输入模块传过来的数字信号，并发出控制各关节运动的信息。由于传感器的信号有多个，要进行仲裁处理。所谓仲裁处理，就当多个信号同时要求占用系统资源时，系统根据自身的优先级来安排对这些信号处理的先后顺序。根据仲裁结果，运动控制模块发出相应的行为控制指令控制机器人的运动。
所述的视觉模块包括摄像头和图像采集卡。图像采集卡通过摄像头将采集到的图像送至图像与通讯处理器进行图像处理和通讯。
所述的3G机载无线通讯模块装于机器人内部，用作被控端。3G机载无线通讯模块从主控端3G便携无线通讯模块接收输入模块的信息，将这些控制信息传递给图像与通讯处理器，实现对机器人的控制。3G机载无线通讯模块也可以接收图像与通讯处理器和控制模块的状态信息，通过网络发送到3G便携无线通讯模块，获得机器人运动状况和图像信息。
所述的3G便携无线通讯模块装于3G手机内部，用做主控端，负责将输入模块的控制信息传递给3G机载无线通讯模块，同时也可以获得3G机载无线通讯模块传过来的机器人状态信息。
所述的显示模块从3G便携无线通讯模块中读取并显示机器人的状态信息和图像信息，并可以根据用户的要求显示特定信息。
所述的输入模块主要指键盘输入。利用键盘扫描法和对应的编码表可以很快定位按下的键，向机器人发出控制信息。
与现有技术相比，本发明的系统采用3G技术，传输速率高、接入时间短、资源利用率高、费用低廉、随时随地永远在线，提高了小型仿人形足球机器人远程监控的便携性和实时性，避免突发事件带来的损失。
附图说明
图1本发明系统结构框图
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
如图1所示，本实施例包括：图像与通讯处理器、舵机、传感器模块、运动控制模块、视觉模块、3G机载无线通讯模块、3G便携无线通讯模块、显示输出模块和输入模块。传感器模块采集安装在各台设备上的传感器信号，并将传感器信号转换为电信号，做模数转换处理，转换后的信号作为运动控制模块信息输入。运动控制模块的控制信息结果分两路送出，一路送到执行单元舵机，作关节驱动，另一路通过图像与通讯处理器送到3G机载无线通讯模块。视觉模块同时也将采集到的图像信息经图像与通讯处理器处理后，送到3G机载无线通讯模块，由远程无线通讯发送到3G便携无线通讯模块。显示输出模块显示了各舵机的运动状况和采集到的图像。输入模块通过3G便携无线通讯模块、3G机载无线通讯模块将输入信息传递给运动控制模块，实现手动控制机器人的运动和图像的采集等控制要求。
1、传感器模块。传感器模块从各传感器中采集原始信号，进行处理，为运动控制模块提供机器人的检测信号。该传感器模块包括四个传感器：碰撞检测传感器、加速度计、红外传感器、陀螺仪。
a)碰撞检测传感器将采集的压力信号转换为电信号，做模数转换处理，送到看门狗智能体模块中的信号处理模块。
b)加速度计将采集的加速度信号转换为电信号，做模数转换处理，送到看门狗智能体模块中的信号处理模块。
c)红外传感器将采集的红外信号转换为电信号，做模数转换处理，送到看门狗智能体模块中的信号处理模块。
d)陀螺仪将采集的角速度信号转换为电信号，做模数转换处理，送到看门狗智能体模块中的信号处理模块。
2、运动控制模块。所述的运动控制模块用来处理传感器模块和用户输入模块传过来的数字信号，并发出控制各关节运动的信息。由于传感器的信号有多个，要进行仲裁处理。根据仲裁结果，运动控制模块发出相应的行为控制指令控制机器人的运动。运动控制模块输出信息分两路，一路送到执行单元舵机；另一路送到3G机载无线通讯模块。
3、视觉模块。视觉模块包括摄像头和图像采集卡。图像采集卡通过摄像头将采集到的图像送至图像与通讯处理器，图像与通讯处理器进行图像处理，将图像信息送到3G机载无线通讯模块。
4、3G机载无线通讯模块。3G机载无线通讯模块装于机器人内部，用作被控端。3G机载无线通讯模块从主控端读取输入模块的信息，将这些控制信息传递给图像与通讯处理器，也可以接收图像与通讯处理器和控制模块的状态信息，通过网络发送到3G便携无线通讯模块。
5、3G便携无线通讯模块。3G便携无线通讯模块装于3G手机内部，用做主控端，负责将输入模块的控制信息传递给3G机载无线通讯模块，同时也可以获得3G机载无线通讯模块传过来的机器人状态信息。
6、显示输出模块。显示输出模块采用3G手机的显示模块，从3G便携无线通讯模块中读取并显示机器人的状态信息和图像信息，并可以根据用户的要求显示特定信息。
7、输入模块。输入模块通过键盘向机器人发出控制信息。
本实施例中，图像与通讯处理器采用图像预处理、分割、描述、识别和解释等算法完成图像处理，并和3G机载无线通讯模块通讯。处理完的图有更好的视觉效果，提高了实用性：可以降低图像噪声、增强对比度、锐化图像，且可以从图像中提取信息，用于图像分析和模式识别。实时环境认知可采用公知的向量机方法和神经网络分析法解决。
图像与通讯处理器可以采用现有技术，如德州仪器(TI)的数字信号处理器TMS320DM6467。TMS320DM6467达芬奇处理器是一种基于DSP的片上系统(SoC)，特别适合实时多格式高清(HD)视频转码，该系统解决方案集成了ARM926EJ-S内核与600MHz C64x+DSP内核，并采用高清视频协处理器、转换引擎与目标视频端口接口，在执行高达H.264HP@L4(1080p 30fps、1080i 60fps、720p 60fps)的同步多格式高清编码、解码与转码方面，性能相当出色。其强大的灵活性与高效性对要求同时进行高清编码与解码的应用来说也非常具有吸引力。
所述的舵机被用来作为机器人的关节，它可以接受来自运动控制模块的控制信号，通过舵盘的转动实现机器人的运动行为。
本实施例工作时，传感器模块中的四个传感器：碰撞检测传感器、加速度计、红外传感器、陀螺仪分别采集安装在各台设备上的传感器信号，并将传感器信号转换为电信号，做模数转换处理，转换后的信号作为运动控制模块信息输入。运动控制模块进行仲裁处理，并将控制信息结果分两路送出，一路通过485总线送到作为执行单元的22个舵机，作关节驱动；另一路通过RS232总线送至通讯控制器，再送到3G机载无线通讯模块，同时视觉模块也将采集到的图像信息经图像与通讯处理器处理后，送到3G机载无线通讯模块。3G便携无线通讯模块与3G机载无线通讯模块通信，并将信息输入给显示输出模块。显示输出模块显示了各舵机的运动状况和经过图像与通讯处理器处理的图像。实现手动控制机器人的运动和图像的采集等控制要求要求时，可通过键盘等输入模块输入控制信息，这些信息送至3G便携无线通讯模块，再送到3G机载无线通讯模块，经由通讯控制器进入运动控制模块，运动控制模块一路通过485总线送到作为执行单元的22个舵机，驱动机器人的关节，实现机器人的运动和图像的采集等控制要求。
Claims (10)
1.一种基于3G网络的小型仿人形足球机器人远程监控系统，其特征在于，包括图像与通讯处理器、舵机、传感器模块、运动控制模块、视觉模块、3G机载无线通讯模块、3G便携无线通讯模块、显示输出模块和输入模块，其中：传感器模块采集安装在各台设备上的传感器信号，并将传感器信号转换为电信号，做模数转换处理，转换后的信号作为运动控制模块信息输入；运动控制模块的控制信息分两路送出，一路送到执行单元舵机，作关节驱动，另一路通过图像与通讯处理器送到3G机载无线通讯模块；视觉模块将采集到的图像信息经图像与通讯处理器处理后，送到3G机载无线通讯模块，由远程无线通讯发送到3G便携无线通讯模块；显示输出模块显示各舵机的运动状况和采集到的图像；输入模块通过3G便携无线通讯模块、3G机载无线通讯模块将输入信息传递给运动控制模块，实现手动控制机器人的运动和图像的采集控制要求。
2.如权利要求1所述的基于3G网络的小型仿人形足球机器人远程监控系统，其特征是，所述的图像与通讯处理器采用图像预处理、分割、描述、识别和解释算法完成图像处理，并和3G机载无线通讯模块通讯。
3.如权利要求1所述的基于3G网络的小型仿人形足球机器人远程监控系统，其特征是，所述的舵机被用来作为机器人的关节，它接受来自运动控制模块的控制信号，通过舵盘的转动实现机器人的运动行为。
4.如权利要求1所述的基于3G网络的小型仿人形足球机器人远程监控系统，其特征是，所述的传感器模块包括四个传感器：碰撞检测传感器、加速度计、红外传感器、陀螺仪，这四个传感器有各自的转换电路：碰撞检测传感器采集压力信号，对采集的压力信号进行电平转换，将采集的模拟信号进行模数转换，转换后的信号送至运动控制模块；加速度计采集加速度信号，对采集的加速度信号进行电平转换，将采集的模拟信号进行模数转换，转换后的信号送至运动控制模块；红外传感器采集红外信号，对采集的红外信号进行电平转换，将采集的模拟信号进行模数转换，转换后的信号送至运动控制模块；陀螺仪采集角速度信号，对采集的角速度信号进行电平转换，将采集的模拟信号进行模数转换，转换后的信号送至运动控制模块。
5.如权利要求1所述的基于3G网络的小型仿人形足球机器人远程监控系统，其特征是，所述的运动控制模块用来处理传感器模块和输入模块传过来的数字信号，并发出控制各关节运动的信息。
6.如权利要求1所述的基于3G网络的小型仿人形足球机器人远程监控系统，其特征是，所述的视觉模块包括摄像头和图像采集卡，图像采集卡通过摄像头将采集到的图像送至图像与通讯处理器，图像与通讯处理器完成图像处理。
7.如权利要求1所述的基于3G网络的小型仿人形足球机器人远程监控系统，其特征是，所述的3G机载无线通讯模块装于机器人内部，用作被控端，3G机载无线通讯模块从主控端3G便携无线通讯模块接收输入模块的信息，将这些控制信息传递给图像与通讯处理器，实现对机器人的控制；3G机载无线通讯模块接收图像与通讯处理器和控制模块的状态信息，通过网络发送到3G便携无线通讯模块，获得机器人运动状况和图像信息。
8.如权利要求1所述的基于3G网络的小型仿人形足球机器人远程监控系统，其特征是，所述的3G便携无线通讯模块装于3G手机内部，用做主控端，负责将输入模块的控制信息传递给3G机载无线通讯模块，同时获得3G机载无线通讯模块传过来的机器人状态信息。
9.如权利要求1所述的基于3G网络的小型仿人形足球机器人远程监控系统，其特征是，所述的显示输出模块从3G便携无线通讯模块中读取并显示机器人的状态信息和图像信息，并根据用户的要求显示特定信息。
10.如权利要求1所述的基于3G网络的小型仿人形足球机器人远程监控系统，其特征是，所述的输入模块指键盘输入，利用键盘扫描法和对应的编码表能很快定位按下的键，向机器人发出控制信息。
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