CN104807370A - 一种打靶机器人系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种打靶机器人系统，包括车体和手提控制箱，所述车体包括自动报靶靶盘、自动靶升降机构、车体运动与导航控制装置，所述自动报靶靶盘包括一导电橡胶组成的环状区域，所述车体运动与导航控制装置包括4个磁条传感器、RFID读卡器和4个麦克纳姆全向轮。本发明基于导电材料的报靶系统，利用多块导电橡胶组成环状区域，子弹穿过橡胶时该区域的橡胶层电导通，在此区域的信号线上产生接地的脉冲信号，进而识别子弹射中的区域编号即环数，通过无线方式将获取的靶环数信号传送给所述手提控制箱；利用麦克纳姆轮全向移动技术，结合磁条导航定位技术，能够解决传统移动靶的布置和运动路线问题；引入快速换靶功能，让自动靶的使用效率更高。

Description

一种打靶机器人系统

技术领域

本发明属于全向移动平台的扩展功能之一，一种自动移动射击靶。具体的是一种可全向移动的带有自动升降靶并能快速换靶，且能够自动报靶的射击训练机器人系统。

背景技术

射击训练是部队、警察、特勤人员以及狩猎人员训练中常见的科目，射击靶则是训练中重要的设备之一。随着训练项目效率和安全性提高，为了改善传统报靶过程主要依靠人工，存在精度不高、安全隐患较大以及人力资源浪费不足等问题，自动报靶系统开始出现。现在几种自动报靶技术有：声电定位自动报靶系统、半导体电子靶系统、基于图像处理的报靶系统等。声电定位自动报靶系统是利用靶上周围若干的声电传感器捕捉弹体穿过靶时声波的时间差来获得打靶坐标；半导体自动报靶系统，当半导体材料制作的靶被破坏后，系统能够报出遭破坏点的位置，不需要专门的计算机进行判靶，因而系统设计简单，维护方便，且精度高，但此电子靶的成本太高不适用于平常训练或大型靶标；基于图像处理的报靶系统是通过在射击过程中利用摄像头对常规的标准靶图像进行采集，根据采集的图像特点和变化利用图像识别技术找到靶图像中的真实弹点进而判断射击环数，操作繁琐。

发明内容

针对上述问题中提到的不足之处，本发明提供一种打靶机器人系统，本发明利用的是基于导电材料的报靶系统，利用多块导电橡胶组成环状区域，子弹穿过橡胶时该区域的橡胶层电导通，在此区域的信号线上产生接地的脉冲信号，进而识别子弹射中的区域编号即环数。同时，引入快速换靶功能，让自动靶的使用效率更高。

为了实现上述目的，本发明由以下技术方案实现。

一种打靶机器人系统，包括车体和手提控制箱，

所述车体包括：

自动报靶靶盘，其上具有导电橡胶组成的环状区域，

自动靶升降机构，其内设置有第一控制板，自动靶感应装置分别与所述自动报靶靶盘和所述第一控制板电连接，所述自动靶感应装置与所述第一控制板上的第一通信装置通过信号传递连接，所述第一通信装置以无线方式将获取的靶环数信号传送给所述手提控制箱的第三通信装置，

车体运动与导航控制机构，其与所述自动靶升降机构的底端固定连接，所述车体运动与导航控制机构内部设置有第二控制板、4个磁条传感器和RFID读卡装置，其中，

所述4个磁条传感器安装在所述车体底部的四个方向上，用于感应磁条轨道的磁条传感信号，并与所述第二控制板上的第二通信装置通过信号传递连接，

所述RFID读卡装置用于读取节点标志位放置的RFID卡的信息，并与所述第二控制板的第二通信装置通过信号传递连接，

所述第二通信装置与所述第三通信装置进行无线信号的传送与接收，所述第二通信装置接收所述第三通信装置发出的指示信号后将该指示信号传输给所述第二控制板。

所述手提控制箱还包括设置在上盖的触摸屏，所述触摸屏与所述手提控制箱的箱体内部设置的ARM主板通过内部USB接口以及HDMI接口连接，所述ARM主板通过内部USB接口与第三通信装置、和遥控用控制轨迹球连接，所述ARM主板通过AUX接口与报靶音箱连接，所述箱体内部还包括用于外接键盘、蓝牙设备的外部USB接口。

所述第二通信装置包括蓝牙装置、无线zigbee通信子装置。

所述第三通信装置为无线Zigbee通信装置。

所述自动靶升降机构内置有升降装置，所述升降装置包括限位器和丝杆，所述升降装置分别与所述第二控制板和第一驱动装置连接，所述第一驱动装置由1台电机、1台减速箱和1台驱动器组成；所述车体运动与导航控制机构内部设置有第二驱动装置，所述第二驱动装置由4台电机、4台减速箱和4台驱动器组成，且所述4台电机分别与所述车体运动与导航控制机构的4个麦克纳姆全向轮连接，所述4个麦克纳姆全向轮成对安装在所述车体底部两侧，其中所述驱动器是用来驱动电机的。

在所述自动靶升降机构安装位置的最低处和距最低处300mm的位置分别设有所述限位器。

所述自动靶升降机构与车体运动与导航控制机构的内部部件通过模块化的总线电连接。

车体运动与导航控制机构与所述自动靶升降机构的底端为螺母固定连接。

所述触摸屏尺寸为10英寸。

本发明的有益效果为：

1.打靶机器人在麦克纳姆轮的作用下，能实现平面上三自由度的全方位移动，具有零转弯半径、横向平移的能力，可以在狭窄空间内或恶劣环境中自由穿行，能够在狭小空间内进行自由平滑的全向移动，使平台以期望的速度和方向灵活自如地移动。结合磁条导航系统，能够更稳定的在规定的路径下行进，并能够在规定的标志点停止或往返。

2.自动升降靶，很好的解决了打靶过程中报靶步骤需停止射击进行人工汇总的繁琐过程，使得打靶效率更高，报靶误差更低，成绩记录更直观准确。快速的拆卸换靶机构能够为提高打靶的效率。同时，打靶机器人行进中自动靶可任意升降功能，为贴近实战的训练提供了更好的条件，能够形成无规律移动靶，对于街头巷战、房屋内封闭空间射击训练提供了很好的仿真环境。

3.手提控制箱具备防水、防摔、防压的三防能力，为控制箱里面的电子部件提供了良好的防护功能。控制箱集成度高，功能齐全，结构紧凑，带有外部USB接口、伸缩电源线、触屏、音响等，使得控制箱的可扩展性大大提高。手提控制箱，自带内嵌式的轨迹球，用作独立遥控打靶机器人车体行进方向，操作简单直观。

附图说明

图1为本发明一种打靶机器人系统控制通信流程图；

图2为本发明一种打靶机器人系统的车体第一结构图；

图3为本发明一种打靶机器人系统的车体第二结构图；

图4为本发明一种打靶机器人系统的手提控制箱结构图。

附图标记说明：

1、车体                      2、手提控制箱

3、自动报靶靶盘              4、自动靶升降机构

5、车体运动与导航控制机构    6、磁条传感器

7、RFID读卡器                8、麦克纳姆全向轮

9、触摸屏                    10、无线Zigbee通信装置

11、遥控用控制轨迹球         12、箱体

13、外部USB接口              14、报靶音箱

具体实施方式

下面结合附图1-4和实施例，对本发明进行的具体实施方式作进一步详细说明。

1、车体1包括：

自动报靶靶盘3，其上具有导电橡胶组成的环状区域。

自动靶升降机构4的第一通信装置是相对于控制车体1行进的通信系统而独立，其作用是用来与外部的手提控制箱2传输无线数据，将自动靶感应装置读取的射击环数回传到手提控制箱2上。自动靶标感应装置是利用多块导电橡胶组成环状区域，当子弹穿过橡胶时该区域的橡胶层电导通，在此区域的信号线上就产生接地的脉冲信号，进而识别子弹射中的区域编号即环数，该装置通过Zigbee或其他无线通信装置将环数数据传回手提控制箱2。升降装置由直流电机、限位器和丝杆等结构组成，所述升降机构由第一驱动装置控制。自动靶升降机构4的壳体的底座安装在升降装置上，该装置能够控制自动靶任意升降，最高能上升300毫米，在高位和低位各有限位器控制升降停止；自动靶升降机构同时也具有快拆功能，结构简单而牢固的连接固定机构使其拆卸更换更加方便。

打靶机器人的前进后退、平移、旋转等基本动作由所述车体运动与导航控制机构5的第二控制板来控制执行。该平台的导航控制方式有多种，包括蓝牙遥控、手提控制箱遥控、磁条导航控制。蓝牙控制即通过手持移动设备如手机平板等，通过自带的蓝牙连接到打靶机器人主板蓝牙装置，操作App来控制机器人的移动和自动靶的手动升降。打靶机器人如不需沿规定路径自动行走，可通过蓝牙连接手持设备进行遥控，也可开启手提控制箱2通过无线Zigbee通信装置10进行遥控，通过控制遥控用控制轨迹球11的方向控制车体的行进方向。如需要按照一定的轨迹移动或来回运动，则需要利用磁条铺设路径，使用宽度为6～7cm的导航磁条，在需要停止或往返的节点标志位放置RFID卡，每个卡的信息事先需要驶入到手提控制箱2中存储对应的位置编号。将磁条传感器6感应的磁条感应信号以及RFID读卡器7读取的信号发送到第二控制板，通过第二通信装置将处理后的信号发送给手提控制箱的第三通信装置，手提控制箱的ARM主板根据事先设定的参数判断RFID节点及行进方向并做出指示，并将指示信号通过第三通信装置、第二通信装置传输给第二控制板，第二控制板会根据获得的指令通过该制板上的PID控制算法进而控制麦克纳姆全向轮8的移动方向，即车体1的运行，完成指定标志点之间的来回移动。

2.手提控制箱

手提控制箱用来远距离控制并对靶环进行报靶的终端设备。其箱体12由防水、防摔、防压的三防工程塑料箱为主体结构，开盖上盖内侧装有一块10寸的触摸屏9，箱内由一块性能较高的ARM板作为主板，内部安装一无线Zigbee通信装置，手提控制箱2内部的无线Zigbee通信装置与车体运动与导航控制机构5内的无线Zigbee通信子装置通过信号传递连接，结合其他附带配件如报靶音响14、外部USB接口13、电源、遥控操作扭等组成手提控制箱的核心结构。ARM主板中利用Linux作为系统平台，在此之上通过软件来操控打靶机器人的动作以及靶面升降。在自动报靶方面，在人员射靶后，手提控制箱2在获得车体1内第一通信装置发来的靶环数据时，触摸屏9上显示靶环数，同时报靶音箱14会报出靶环数，完成报靶功能。

具体使用时：当打靶机器人沿着磁条轨道行进时，遇到事先节点标志位放置的RFID卡时，将磁条传感器6感应的磁条感应信号以及RFID读卡器7读取的信号发送给手提控制箱2的ARM主板，该ARM主板根据事先设定的参数判断RFID节点及行进方向并做出指示，并将指示信号传输给第二控制板，第二控制板会根据获得的指令通过遥控用控制轨迹球11控制车体1的运行，完成指定标志点之间的来回移动。打靶人员打中自动打靶靶盘3时，自动靶感应装置通过无线通信装置将靶环数据传送给手提控制箱2，靶环数据会显示在触摸屏9上，同时报靶音箱14会报出靶环数，完成报靶功能。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种打靶机器人系统，其特征在于，包括车体(1)和手提控制箱(2)，

所述车体(1)包括：

自动报靶靶盘(3)，其上具有导电橡胶组成的环状区域，

自动靶升降机构(4)，其内设置有第一控制板，自动靶感应装置分别与所述自动报靶靶盘(3)和所述第一控制板电连接，所述自动靶感应装置与所述第一控制板上的第一通信装置通过信号传递连接，所述第一通信装置以无线方式将获取的靶环数信号传送给所述手提控制箱(2)的第三通信装置，

车体运动与导航控制机构(5)，其与所述自动靶升降机构(4)的底端固定连接，所述车体运动与导航控制机构(5)内部设置有第二控制板、4个磁条传感器(6)和RFID读卡装置(7)，其中，

所述4个磁条传感器(6)安装在所述车体(1)底部的四个方向上，用于感应磁条轨道的磁条传感信号，并与所述第二控制板上的第二通信装置通过信号传递连接，

所述RFID读卡装置(7)用于读取节点标志位放置的RFID卡的信息，并与所述第二控制板的第二通信装置通过信号传递连接，

所述第二通信装置与所述第三通信装置进行无线信号的传送与接收，所述第二通信装置接收所述第三通信装置发出的指示信号后将该指示信号传输给所述第二控制板。

2.根据权利要求1所述的一种打靶机器人系统，其特征在于，所述手提控制箱(2)还包括设置在上盖的触摸屏(9)，所述触摸屏(9)与所述手提控制箱(2)的箱体(12)内部设置的ARM主板通过内部USB接口以及HDMI接口连接，所述ARM主板通过内部USB接口与第三通信装置、和遥控用控制轨迹球(11)连接，所述ARM主板通过AUX接口与报靶音箱(14)连接，所述箱体(12)内部还包括用于外接键盘、蓝牙设备的外部USB接口(13)。

3.根据权利要求1所述的一种打靶机器人系统，其特征在于，所述第二通信装置包括蓝牙装置、无线zigbee通信子装置。

4.根据权利要求1所述的一种打靶机器人系统，其特征在于，所述第三通信装置为无线Zigbee通信装置(10)。

5.根据权利要求1所述的一种打靶机器人系统，其特征在于，所述自动靶升降机构(4)内置有升降装置，所述升降装置包括限位器和丝杆，所述升降装置分别与所述第二控制板和第一驱动装置连接，所述第一驱动装置由1台电机、1台减速箱和1台驱动器组成；所述车体运动与导航控制机构(5)内部设置有第二驱动装置，所述第二驱动装置由4台电机、4台减速箱和4台驱动器组成，且所述4台电机分别与所述车体运动与导航控制机构(5)的4个麦克纳姆全向轮(8)连接，所述4个麦克纳姆全向轮(8)成对安装在所述车体(1)底部两侧。

6.根据权利要求5所述的一种打靶机器人系统，其特征在于，在所述自动靶升降机构(4)安装位置的最低处和距最低处300mm的位置分别设有所述限位器。

7.根据权利要求1所述的一种打靶机器人系统，其特征在于，所述自动靶升降机构(4)与车体运动与导航控制机构(5)的内部部件通过模块化的总线电连接。

8.根据权利要求1所述的一种打靶机器人系统，其特征在于，车体运动与导航控制机构(5)与所述自动靶升降机构(4)的底端为螺母固定连接。

9.根据权利要求1所述的一种打靶机器人系统，其特征在于，所述触摸屏(9)尺寸为10英寸。