CN102692911B - 远程机器人值守监控系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种远程机器人值守监控系统。远程机器人值守监控系统，包括：机器人（1）和远程控制终端（2）；其中，所述机器人（1）采集被控系统（3）状态图像信息，并将被控系统状态图像信息远程发送给所述远程控制终端（2）；所述远程控制终端（2）接收被控系统状态图像信息，远程控制终端（2）远程发送控制指令给机器人（1）以操作被控系统（3）。本发明由于机器人探测的只是被控系统的运行状态信息，不涉及敏感数据，被控系统敏感数据与互联网隔离，保证被控设备免受黑客入侵，确保被控系统敏感数据安全，机器人系统安全。另外，远程机器人系统可节省被控系统运行人工费用。

Description

远程机器人值守监控系统

技术领域

本发明涉及一种监控系统，具体是指一种通过远程控制机器人，以进行值守监控的系统，特别是指用于中小型遥感卫星地面站的监控系统。

背景技术

目前，中小型遥感卫星地面站，控制系统和遥感数据共存于同一微机系统，遥感数据的安全要求高，建立在以太网上的计算机远程控制系统简单高效，人工费用低，但是存在安全隐患，木马技术与反木马技术此消彼长，当木马技术暂时领先的时候，被控系统数据可能被盗。其次，现场值守监控的人工费用高。另外，在意外停电或以太网络中断时不能控制远端系统。

因此，提供一种安全性高，稳定可靠，人工费用低的监控系统成为了业界需要解决的技术问题。

发明内容

本发明需要解决的技术问题在于提供一种安全性高，稳定可靠，人工费用低的远程机器人值守监控系统。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：远程机器人值守监控系统，包括：机器人和远程控制终端；其中，所述机器人采集被控系统状态图像信息，并将被控系统状态图像信息远程发送给所述远程控制终端；所述远程控制终端接收被控系统状态图像信息，远程控制终端远程发送控制指令给机器人以操作被控系统。

优选的，所述机器人上设有机器人主控制器、被控系统状态探测子系统、远程加密通信模块、激光信号发射模块；所述被控系统状态探测子系统采集被控系统状态图像信息并发送给机器人主控制器；所述机器人主控制器通过远程加密通信模块将被控系统状态图像信息发送给远程控制终端，并通过远程加密通信模块接收远程控制终端所发送的控制指令；所述机器人主控制器通过激光信号发射模块发射操作指令给被控系统上的激光信号接收模块以操作被控系统。

所述机器人上设有机器人主控制器、被控系统状态探测子系统、远程加密通信模块、激光信号发射模块；所述被控系统状态探测子系统采集被控系统状态图像信息并发送给机器人主控制器；所述机器人主控制器通过远程加密通信模块将被控系统状态图像信息发送给远程控制终端，并通过远程加密通信模块接收远程控制终端所发送的控制指令；所述机器人主控制器通过激光信号发射模块发射操作指令给被控系统上的激光信号接收模块以操作被控系统。

优选的，所述被控系统状态探测子系统主要由状态探测控制器、存储器、摄像头和图像模式识别器构成；所述存储器用于存储系统图像信息及与系统图像信息对应的被控系统状态代号，所述摄像头用以拍摄被控系统运行状态的图像信息，并将该图像信息传给运行状态探测控制器；所述状态探测控制器与图像模式识别器、存储器交互，将拍摄得到的图像信息转换为被控系统状态代号，并将被控系统状态代号发送给机器人主控制器。

优选的，所述远程控制终端主要由远程控制模块、加密通信模块、存储模块，代号转换模块，显示模块、操作输入模块构成；所述存储模块用于存储操作代号与操作指令和被控系统状态图像信息与被控系统状态代号转换规则；所述加密通信模块用以接收被控系统状态代号并发送给远程控制模块；所述远程控制模块与代号转换模块、存储模块交互，将接收的被控系统状态代号转换为系统图像，并输出给显示模块显示；所述操作输入模块用以接收管理员的操作指令。

优选的，所述机器人上设有与机器人主控制器连接的运动控制子系统，运动控制子系统主要由运动控制器、地板缝隙识别摄像头、反射式光栅传感器、驱动电机和驱动舵机构成；所述地板缝隙识别摄像头用以识别地板缝隙，确定机器人当前位置与原点的相对位置信息；所述反射式光栅传感器用以通过固定布置在工作室天花板上的反射式光栅来确定机器人在工作室内的精确位置信息，并通过布置在被控系统显示器边缘的反射式光栅来准确调整摄像头对准被控系统；所述运动控制器用以控制驱动电机和驱动舵机以前往目的位置。

优选的，所述运动控制子系统还包括有超声定位模块。

优选的，所述机器人上设有与机器人主控制器连接的电源管理子系统。

优选的，所述的机器人上设有与机器人主控制器连接的安全防护子系统。

优选的，所述远程加密通信模块为３G或GSM或WIFI通讯模块。

本发明所述远程机器人值守监控系统包括：机器人、远程控制终端，机器人和远程控制终端之间可通过公用通信线路进行远程通信；所述机器人上设有机器人主控制器、被控系统状态探测子系统、远程加密通信模块、激光信号发射模块；远程控制终端通过动态密码登录机器人系统，机器人接受经RSA加密传送的远程操作代号，解密后，操作代号转换为操作指令，所述机器人主控制器通过激光信号发射模块发射操作指令给被控系统上的激光信号接收模块以操作被控系统执行指令。机器人采集改变了的被控系统状态图像信息，并将被控系统状态图像信息通过模式识别转换为被控系统状态代号，经RSA加密发送给所述远程控制终端；所述远程控制终端接收被控系统状态代号，再转为被控系统状态图像信息，显示给远程管理员，完成一个远程操作。

以下详述本发明的三个技术特点：

其一，动态密码的生成和更新。在被控现场生成多维向量，在多维向量中填入伪随机数，在机器人中存入多维向量正本，远程控制员在机器人系统登录时，机器人系统给出多维向量坐标，远程控制员查找多维向量副本，对应的多维向量坐标的元素值作为密码返回机器人，比对成功后，登录成功。否则超过指定尝试次数，锁定该用户，拒绝登录。

其二，操作代号与操作指令的相互转换。操作指令集合为K个元素，对应的操作代号集合为N乘以K个元素,NK远远大于K, 操作指令集中的元素唯一对应操作代号集的一个元素，操作代号集合中有绝大多数没有对应关系的元素，称为陷阱元素，机器人系统收到陷阱元素的时候，判定系统被黑客攻击，强制该用户退出，锁定该用户，拒绝登录。远程管理员在远程控制终端的软件的图形界面中操作，软件将操作指令转换为操作代号，操作代号经RSA加密在公用通信线路中传送，机器人系统的软件将操作代号转换为操作指令。

其三，被控系统状态图像信息与被控系统状态代号相互转换。被控系统状态代号集合与被控系统状态图像信息集合一一对应，机器人系统将被控系统状态图像信息通过模式识别转换为被控系统状态代号，远程控制终端的软件将被控系统状态代号转换为被控系统状态图像，显示给远程管理员，被控系统状态图像信息一帧几兆字节大，被控系统状态代号数据量极小，为一二个字节，此技术保证系统在公用通信线路拥挤带宽很窄的时时候，系统的有效运行。

综上所述，本发明具有下述的有益效果：远程管理员给机器人发送控制指令，机器人依据控制指令操作被控系统，完成指定任务，同时机器人采集被控系统状态图像，反馈给远程管理员，远程管理员通过机器人位置移动管理多台远程设备，与管理员现场管理多台设备效果一样。由于机器人探测的只是被控系统的运行状态信息，不涉及敏感数据，被控系统敏感数据与互联网隔离，在公用通信网中传送的只是操作代号和被控系统状态代号，即使被窃听，也不会泄密，从而保证被控设备免受黑客入侵，确保被控系统敏感数据安全，机器人系统安全。另外，远程机器人系统可节省被控系统运行人工费用。

附图说明

图１是远程机器人值守监控系统的框架示意图。

图２是被控系统状态探测子系统的框架示意图。

图３是运动控制子系统的框架示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的描述。

如图1所示，本发明所述的远程机器人值守监控系统，包括机器人1和远程控制终端2，机器人1和远程控制终端2之间通过公用通信线路进行远程通信。其中，所述机器人1采集被控系统3状态图像信息，并将被控系统状态图像信息远程发送给所述远程控制终端2；所述远程控制终端2接收被控系统状态图像信息，远程管理员通过远程控制终端2远程发送控制指令给机器人1以操作被控系统3。

工作时，远程管理员通过远程控制终端2给机器人发送控制指令，机器人依据控制指令操作被控系统，完成指定任务，同时机器人采集被控系统状态图像，反馈给远程管理员，远程管理员通过机器人位置移动管理多台远程设备，与管理员现场管理多台设备效果一样。由于机器人探测的只是被控系统的运行状态信息，不涉及敏感数据，被控系统敏感数据与互联网隔离，保证被控设备免受黑客入侵，确保被控系统敏感数据安全，机器人系统安全。

所述机器人1上设有机器人主控制器11、被控系统状态探测子系统12、远程加密通信模块13、激光信号发射模块14；所述被控系统状态探测子系统12采集被控系统状态图像信息并发送给机器人主控制器11；所述机器人主控制器11通过远程加密通信模块13将被控系统状态图像信息发送给远程控制终端2，并通过远程加密通信模块13接收远程控制终端2所发送的控制指令；所述机器人主控制器11通过激光信号发射模块14发射操作指令给被控系统3上的激光信号接收模块31以操作被控系统3。由于机器人与被控系统之间采用激光通信，可防止电磁干扰系统误动和控制信号被室外监听致使泄漏控制系统控制指令，防止系统遭到恶意攻击和损毁。

所述远程加密通信模块13为3G或GSM或WIFI通讯模块。通信系统正常时首选3G通信，GSM为备用。WIFI（无线局域网）是应急如没有3G、GSM信号或阻塞（信号带宽不足以保证系统运行时）或被控系统安全强度要求适合用Wi-Fi。在意外停电、以太网络中断时，因为GSM、3G网络通信电源系统不受市电系统断电影响，GSM、3G网络通信中断可能性较小，远程机器人系统稳定可靠。具体通信时，被控系统操作指令转换为操作代号，操作代号和动态密码、操作时间、管理员工号一起经过RSA加密运算后，再在通信系统中传送，远程管理员解密后再将操作代号转换为操作指令，再以图形方式显示在管理员的终端上。操作代号、操作指令转换对应关系，管理员在被控系统现场可重新通过软件生成。

如图２所示，所述被控系统状态探测子系统12主要由状态探测控制器121、存储器122、摄像头123和图像模式识别器124构成；所述存储器122用于存储系统图像信息及与系统图像信息对应的被控系统状态代号及其转换规则，所述摄像头123用以拍摄被控系统运行状态的图像信息，并将该图像信息传送给状态探测控制器121；所述状态探测控制器121与图像模式识别器123、存储器122交互，将拍摄得到的图像信息转换为被控系统状态代号，并将被控系统状态代号发送给机器人主控制器11。

所述远程控制终端2主要由远程控制模块21、加密通信模块22、存储模块23代号转换模块24，显示模块25、操作输入模块26构成；所述存储模块23用于存储被控系统状态代号及与被控系统状态代号对应的被控系统状态图像；所述加密通信模块22用以接收被控系统状态代号并发送给远程控制模块21；所述远程控制模块21与代号转换模块24、存储模块23交互，将接收的被控系统状态代号转换为被控系统状态图像，并输出给所述显示模块25显示；所述操作输入模块26用以接收管理员的操作指令。

所述摄像头拍摄被控系统运行状态图像，将图像信息经模式识别后转换为被控系统状态代号，经窄带信道发给远端管理员，被控系统状态代号再经过转换为图像信息显示给管理员，或图像信息模式识别失败时，图像信息经过数据压缩通过加密通信模块宽带信道发送给远端管理员，也可也可以在被控系统中设置运行状态检测软件，将运行状态转化为状态代号，将被控系统状态代号传给被控系统状态探测模块，简化系统。由于将图像转换成了运行状态代号进行远程传送的方式，不仅提高了信息的保密性，而且还节省了带宽，提高了传送效率。

由于被控系统状态、控制指令有限，远程控制终端和机器人系统都存有相同的被控系统状态代号集、被控系统状态图像集、控制指令集、控制指令代号集及其它们的映射关系。被控系统状态代号集的元素与运行状态图像集的元素一一对应；控制指令集的元素对应控制指令代号集的唯一元素，反之控制指令代号集的元素绝大多数不对应控制指令集的元素，为陷阱元素，陷阱元素是控制指令的N倍。当入侵者发送控制指令代号给机器人，如果是陷阱元素，可及时发现入侵者，保护机器人系统。远程控制终端将被控系统状态代号查找对应运行状态图像，将图像显示给远程管理员，远程控制终端将控制指令转换为控制指令代号，传给机器人，机器人查找相应指令。

如图３所示，所述机器人1上设有与机器人主控制器11连接的运动控制子系统15，运动控制子系统15主要由运动控制器151、地板缝隙识别摄像头152、反射式光栅传感器153、驱动电机155和驱动舵机156构成；所述地板缝隙识别摄像头152用以识别地板缝隙，确定机器人当前位置与原点的相对位置信息；所述反射式光栅传感器153用以通过固定布置在工作室天花板上的反射式光栅来确定机器人在工作室内的精确位置信息，并通过布置在被控系统显示器边缘的反射式光栅来准确调整摄像头123对准被控系统；所述运动控制器151用以控制驱动电机155和驱动舵机156以前往目的位置。

所述运动控制子系统工作时，所述地板缝隙识别摄像头识别地板缝隙，确定当前位置与原点位置信息，反射式光栅传感器确定机器人当前的精确位置，并准确调整摄像头对准被控系统。运动控制器根据机器人的目的位置指令，优选路径，控制驱动电机和驱动舵机以前往目的位置。

所述运动控制子系统15还包括有超声定位模块154。超声定位模块发射超声波和接收反射超声波以探测障碍物，用于防止机器人与任何物体碰闯。

所述机器人1上设有与机器人主控制器11连接的电源管理子系统17。电源管理子系统17具体工作时，机器人待机状态设置一伸缩臂取市电充电，在被控系统工作台前也设置一充电插口，设计低电压预警电路，及时补充电力；机房市电管理电源箱处用一单片机控制市电合闸，电源管理子系统通过红外信号定向发送合闸、分闸信号；电源管理子系统还可通过红外信号定向发送空调控制信号，控制湿度和温度。这样，岀于对被控系统的保护，可把被控系统设备室密封，减少潮湿空气和灰尘进入，除管理员维护外，室内一般不进人，由机器人控制系统。

所述的机器人1上设有与机器人主控制器11连接的安全防护子系统16。安全防护子系统16工作时，通过红外辐射温度传感器检测火警，发送GPRS报警短信给管理员和消防部门，立即切断机房内电源，测定火源方位和距离；机器人底部携带干粉灭火器，可调整喷射方向，向火源根部喷射，扑灭火灾；同时，安全防护子系统在下班时段门禁系统启动，人员进入检测向管理员索取的动态密码，探测到暴力开锁安防系统向机房管理员和楼宇保安发送报警信息。

总之，本发明虽然列举了上述优选实施方式，但是应该说明，虽然本领域的技术人员可以进行各种变化和改型，除非这样的变化和改型偏离了本发明的范围，否则都应该包括在本发明的保护范围内。

Claims (4)

1.一种远程机器人值守监控系统，其特征在于，包括：机器人（1）和远程控制终端（2）；其中，所述机器人（1）采集被控系统（3）状态图像信息，并将被控系统状态图像信息远程发送给所述远程控制终端（2）；所述远程控制终端（2）接收被控系统状态图像信息，远程控制终端（2）远程发送控制指令给机器人（1）以操作被控系统（3）；

所述机器人（1）上设有机器人主控制器（11）、被控系统状态探测子系统（12）、远程加密通信模块（13）、激光信号发射模块（14）；所述被控系统状态探测子系统（12）采集被控系统状态图像信息并发送给机器人主控制器（11）；所述机器人主控制器（11）通过远程加密通信模块（13）将被控系统状态图像信息发送给远程控制终端（2），并通过远程加密通信模块（13）接收远程控制终端（2）所发送的控制指令；所述机器人主控制器（11）通过激光信号发射模块（14）发射操作指令给被控系统（3）上的激光信号接收模块（31）以操作被控系统（3）；

所述被控系统状态探测子系统（12）主要由状态探测控制器（121）、存储器（122）、摄像头（123）和图像模式识别器（124）构成；所述存储器（122）用于存储系统图像信息及与系统图像信息对应的被控系统状态代号，所述摄像头（123）用以拍摄被控系统运行状态的图像信息，并将该图像信息传送给状态探测控制器（121）；所述状态探测控制器（121）与图像模式识别器（124）、存储器（122）交互，将拍摄得到的图像信息转换为被控系统状态代号，并将被控系统状态代号发送给机器人主控制器（11）；

所述远程控制终端（2）主要由远程控制模块（21）、加密通信模块（22）、存储模块（23）、代号转换模块（24），显示模块（25）、操作输入模块（26）构成；所述存储模块（23）用于存储被控系统状态代号及与被控系统状态代号对应的系统图像；所述加密通信模块（22）用以接收被控系统状态代号并发送给远程控制模块（21）；所述远程控制模块（21）与代号转换模块（24）、存储模块（23）交互，将接收的被控系统状态代号转换为系统图像，并输出给所述显示模块（25）显示；所述操作输入模块（26）用以接收管理员的操作指令；

所述机器人（1）上设有与机器人主控制器（11）连接的运动控制子系统（15），运动控制子系统（15）主要由运动控制器（151）、地板缝隙识别摄像头（152）、反射式光栅传感器（153）、驱动电机（155）和驱动舵机（156）构成；所述地板缝隙识别摄像头（152）用以识别地板缝隙，确定机器人当前位置与原点的相对位置信息；所述反射式光栅传感器（153）用以通过固定布置在工作室天花板上的反射式光栅来确定机器人在工作室内的精确位置信息，并通过布置在被控系统显示器边缘的反射式光栅来准确调整摄像头（123）对准被控系统；所述运动控制器（151）用以控制驱动电机（155）和驱动舵机（156）以前往目的位置；

所述运动控制子系统（15）还包括有超声定位模块（154）。

2.按照权利要求1 所述的远程机器人值守监控系统，其特征在于：所述机器人（1）上设有与机器人主控制器（11）连接的电源管理子系统（17）。

3.按照权利要求1 所述的远程机器人值守监控系统，其特征在于：所述的机器人（1）上设有与机器人主控制器（11）连接的安全防护子系统（16）。

4.按照权利要求1 所述的远程机器人值守监控系统，其特征在于：所述远程加密通信模块（13）为3G 或GSM 或WIFI 通讯模块。