一种侦查机器人及其控制系统
技术领域
本发明涉及机器人领域,特别涉及一种侦查机器人及其控制系统。
背景技术
机器人技术作为未来科技的一大发展方向,具有很强的应用前景。在机器人领域,一般将机器人分为工业机器人和特种机器人。其中,工业机器人一般用于工业控制领域,而特种机器人则由于可以根据实际需要不断完善,应用领域广泛,更加受到人们的关注。
侦查机器人作为特种机器人的一种,在军用领域和民用领域都有广泛的应用,除了在军事作战、地址勘探作业以外,在自然灾害营救、密闭空间侦查等领域也有很强的应用前景。
现有的侦查机器人,大都采用复杂的平衡算法和精密的机器人制造,制作成本高昂、控制设备复杂,不易于大规模推广使用。且由于平衡算法的复杂性,在实际过程中,往往会导致很多不可预见的问题出现。除此之外,机器人的控制大都依赖认为操作,机器人缺乏必要的应对紧急情况的设定,导致一些认为失误造成机器人设备的损坏。
发明内容
鉴于此,本发明提供了一种侦查机器人及其控制系统,该系统具有平衡算法简单、自身具备应急能力以及设备结构简单,造价低廉等优点。
本发明采用的技术方案如下:
一种侦查机器人,其特征在于,它包括:第一行动轮1和第二行动轮4,所述第一行动轮1通过轮轴6连接于机器人主体2;所述第二行动轮4通过轮轴5连接于机器人主体2;所述机器人主体2内部设有电机,所述电机通过所述轮轴5带动第二行动轮4转动,所述电机通过轮轴5带动第一行动轮1转动;所述机器人主体2前方设有视频监控单元3;所述机器人主体2内部设有驱动视频监控单元3和电机的控制系统。
所述控制系统包括:无线传输单元、平衡单元、中央控制单元、运动单元、动力单元、视频监测单元和控制终端;所述控制终端包括:终端传输单元、终端控制器和终端处理器;
所述中央控制单元,分别信号连接于无线传输单元、平衡单元、视频监测单元、动力单元和滚轮控制单元,用于根据控制终端发送过来的控制命令控制机器人中其他单元的运行,以及将机器人的运行数据进行处理后经无线传输单元发送至控制终端;
所述终端处理器分别信号连接于终端传输单元和终端控制器,用于对终端控制器发送过来的控制命令进行处理经终端传输单元发送回机器人,以及接收来自机器人发送回来的机器人的运行数据,对这些数据进行处理后发送至终端控制器。
所述运动单元包括:运动装置和运动控制器;所述运动装置信号连接于运动控制器,用于根据运动控制器的控制,带动机器人移动;所述运动控制器分别信号连接于中央控制单元和运动装置,用于根据中央控制单元的控制命令对运动装置的运行进行控制。
所述动力单元包括:能源单元和能源管理单元;所述能源单元信号连接于能源管理单元,用于给机器人提供运行的动力;所述能源管理单元,分别信号连接于中央控制单元和能源单元,用于实时监测能源单元的状态,获取能源单元的参数,将获取到的状态信息和参数信息发送至中央控制单元。
所述视频监测单元包括:摄像机和摄像机控制器;所述摄像机信号连接于摄像机控制器,用于获取机器人所处环境的图像信息;所述摄像机控制器,分别信号连接于中央控制单元和能源单元,用于根据中央控制单元发送过来的控制命令控制摄像机的运行状态。
所述平衡单元包括:角度传感器、重力传感器和平衡处理器;所述平衡处理器分别信号连接于角度传感器、重力传感器和中央处理单元,用于根据角度传感器发送过来的角度信息和重力传感器发送过来的重力信息采用预设的平衡算法进行平衡计算,根据计算结果判定是否应该发送控制命令至中央处理单元,进而对机器人进行紧急制动。
所述平衡处理器采用的平衡方法包括以下步骤:
步骤1:实时获取角度传感器监测到的角度参数和重力传感器监测到的重力参数;
步骤2:设定三个角度参数的权重值分别为P、Q、R,设定三个重力参数的权重值为J、K、L;
步骤3:设定两个角度阈值为S和D;设定两个重力阈值为H和N;
步骤4:当测定的角度参数小于S时,将角度参数与P相乘得到角度判定值;当测定的角度参数介于S和D之间时,将角度参数与Q相乘得到角度判定值;当测定的角度参数大于D时,将角度参数与R相乘得到角度判定值;
步骤5:当测定的重力参数小于H时,将重力参数与J相乘得到重力判定值;当测定的重力参数介于H和N之间时,将重力参数与K相乘得到重力判定值;当测定的重力参数大于N时,将重力参数与L相乘得到重力判定值;
步骤6:设定两个角度判定阈值分别为C和V、设定两个重力判定阈值为Z和B;
步骤7:当角度判定值小于C和重力判定值小于Z时,平衡处理器不发送信号至中央控制单元;当角度判定值介于C和V之间或重力判定值介于Z和B之间时,平衡处理器发送警告信号至中央控制单元;当角度判定值大于V或重力判定值大于B时,发送紧急制动信号至中央处理单元。
所述终端传输单元分别信号连接于终端处理器和无线传输单元,用于接收来自无线传输单元的数据信息,将接收到的数据信息发送至终端处理器;所述终端处理器分别信号连接于无线传输单元和终端控制器,用于处理来自无线传输单元发送过来的数据信息,将处理后的结果发送至终端控制器;所述终端控制器信号连接于终端处理器,用于发出控制命令,控制机器人的运行,以及显示机器人采集的到的视频图像信息。
所述终端控制器上安装有报警装置,与终端控制器信号连接,用于当终端控制器接收到来自平衡处理器发送的警告信号,发出报警声音,提醒操控者进行相应控制以保证机器人的平衡。
采用以上技术方案,本发明产生了以下有益效果:
1、造价低廉:本发明中的机器人系统结构简单,宏观上只由控制终端和机器人组成,控制终端通过无线技术操控机器人。其中,控制终端甚至可以由手机和安装于手机上的控制程序组成,机器人内部结构简单,各个单元模块间可以实现分离,各个单元实现规模化量产,到必要时刻再进行组装。通过这种方式,大大降低了机器人的制造成本。
2、自身具备应急处理能力:传统的侦查机器人大都依赖操控人员进行控制,在一些极端情况下,缺乏自身的应急处理能力。而在实际情况中,操控人员难免会发生一些操控失误,此时极有可能导致机器人设备的损坏,造成不必要的损失,而本发明的系统中,机器人内部的平衡处理器可以实时监测机器人的运行状况,当实际运行状态超过了临界值,将会对机器人实现紧急制动,避免了因为突发情况导致的机器人损坏。
3、平衡算法简单:本发明采用的平衡算法极其简单,只采用了简单判定算法,这样的算法可以使得技术人员便于理解机器人,也可以针对实际情况轻松地对整体的平衡算法进行优化改进,使得机器人更能应对实际突发状况。
附图说明
图1是本发明的一种侦查机器人控制系统的结构示意图。
图2是本发明的一种侦查机器人的外部结构示意图。
具体实施方式
本说明书中公开的所有特征,或公开的所有方法或过程中的步骤,除了互相排斥的特征和/或步骤以外,均可以以任何方式组合。
本说明书(包括任何附加权利要求、摘要)中公开的任一特征,除非特别叙述,均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即,除非特别叙述,每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
本发明实施例1中提供了一种侦查机器人及其控制系统,系统结构示意图如图1所示:
一种侦查机器人,其特征在于,它包括:第一行动轮1和第二行动轮4,所述第一行动轮1通过轮轴6连接于机器人主体2;所述第二行动轮4通过轮轴5连接于机器人主体2;所述机器人主体2内部设有电机,所述电机通过所述轮轴5带动第二行动轮4转动,所述电机通过轮轴5带动第一行动轮1转动;所述机器人主体2前方设有视频监控单元3;所述机器人主体2内部设有驱动视频监控单元3和电机的控制系统。
所述控制系统包括:无线传输单元、平衡单元、中央控制单元、运动单元、动力单元、视频监测单元和控制终端;所述控制终端包括:终端传输单元、终端控制器和终端处理器;
所述中央控制单元,分别信号连接于无线传输单元、平衡单元、视频监测单元、动力单元和滚轮控制单元,用于根据控制终端发送过来的控制命令控制机器人中其他单元的运行,以及将机器人的运行数据进行处理后经无线传输单元发送至控制终端;
所述终端处理器分别信号连接于终端传输单元和终端控制器,用于对终端控制器发送过来的控制命令进行处理经终端传输单元发送回机器人,以及接收来自机器人发送回来的机器人的运行数据,对这些数据进行处理后发送至终端控制器。
所述运动单元包括:运动装置和运动控制器;所述运动装置信号连接于运动控制器,用于根据运动控制器的控制,带动机器人移动;所述运动控制器分别信号连接于中央控制单元和运动装置,用于根据中央控制单元的控制命令对运动装置的运行进行控制。
所述动力单元包括:能源单元和能源管理单元;所述能源单元信号连接于能源管理单元,用于给机器人提供运行的动力;所述能源管理单元,分别信号连接于中央控制单元和能源单元,用于实时监测能源单元的状态,获取能源单元的参数,将获取到的状态信息和参数信息发送至中央控制单元。
所述视频监测单元包括:摄像机和摄像机控制器;所述摄像机信号连接于摄像机控制器,用于获取机器人所处环境的图像信息;所述摄像机控制器,分别信号连接于中央控制单元和能源单元,用于根据中央控制单元发送过来的控制命令控制摄像机的运行状态。
所述平衡单元包括:角度传感器、重力传感器和平衡处理器;所述平衡处理器分别信号连接于角度传感器、重力传感器和中央处理单元,用于根据角度传感器发送过来的角度信息和重力传感器发送过来的重力信息采用预设的平衡算法进行平衡计算,根据计算结果判定是否应该发送控制命令至中央处理单元,进而对机器人进行紧急制动。
所述平衡处理器采用的平衡方法包括以下步骤:
步骤1:实时获取角度传感器监测到的角度参数和重力传感器监测到的重力参数;
步骤2:设定三个角度参数的权重值分别为P、Q、R,设定三个重力参数的权重值为J、K、L;
步骤3:设定两个角度阈值为S和D;设定两个重力阈值为H和N;
步骤4:当测定的角度参数小于S时,将角度参数与P相乘得到角度判定值;当测定的角度参数介于S和D之间时,将角度参数与Q相乘得到角度判定值;当测定的角度参数大于D时,将角度参数与R相乘得到角度判定值;
步骤5:当测定的重力参数小于H时,将重力参数与J相乘得到重力判定值;当测定的重力参数介于H和N之间时,将重力参数与K相乘得到重力判定值;当测定的重力参数大于N时,将重力参数与L相乘得到重力判定值;
步骤6:设定两个角度判定阈值分别为C和V、设定两个重力判定阈值为Z和B;
步骤7:当角度判定值小于C和重力判定值小于Z时,平衡处理器不发送信号至中央控制单元;当角度判定值介于C和V之间或重力判定值介于Z和B之间时,平衡处理器发送警告信号至中央控制单元;当角度判定值大于V或重力判定值大于B时,发送紧急制动信号至中央处理单元。
所述终端传输单元分别信号连接于终端处理器和无线传输单元,用于接收来自无线传输单元的数据信息,将接收到的数据信息发送至终端处理器;所述终端处理器分别信号连接于无线传输单元和终端控制器,用于处理来自无线传输单元发送过来的数据信息,将处理后的结果发送至终端控制器;所述终端控制器信号连接于终端处理器,用于发出控制命令,控制机器人的运行,以及显示机器人采集的到的视频图像信息。
所述终端控制器上安装有报警装置,与终端控制器信号连接,用于当终端控制器接收到来自平衡处理器发送的警告信号,发出报警声音,提醒操控者进行相应控制以保证机器人的平衡。
所述角度传感器测定的角度参数实际含义为:实际机器人的角度值与标准重力值之间的差值;所属重力传感器测定的重力参数实际含义为:实际机器人的重力值和标准重力值之间的差值。
本发明实施例2中提供了一种侦查机器人及其控制系统,系统结构如图1所示:
一种侦查机器人,其特征在于,它包括:第一行动轮1和第二行动轮4,所述第一行动轮1通过轮轴6连接于机器人主体2;所述第二行动轮4通过轮轴5连接于机器人主体2;所述机器人主体2内部设有电机,所述电机通过所述轮轴5带动第二行动轮4转动,所述电机通过轮轴5带动第一行动轮1转动;所述机器人主体2前方设有视频监控单元3;所述机器人主体2内部设有驱动视频监控单元3和电机的控制系统。
技术人员采用手机作为控制终端,手机上安装的APP控制软件对机器人进行操控。
手机处理器对应于控制终端上的终端处理器;手机无线wifi模块对应于控制终端上的终端传输单元;手机上的手机APP控制软件对应于终端控制器
系统还包含以下功能单元:无线传输单元、平衡单元、中央控制单元、运动单元、动力单元和视频监测单元;
所述中央控制单元,分别信号连接于无线传输单元、平衡单元、视频监测单元、动力单元和滚轮控制单元,用于根据控制终端发送过来的控制命令控制机器人中其他单元的运行,以及将机器人的运行数据进行处理后经无线传输单元发送至控制终端;
所述终端处理器分别信号连接于终端传输单元和终端控制器,用于对终端控制器发送过来的控制命令进行处理经终端传输单元发送回机器人,以及接收来自机器人发送回来的机器人的运行数据,对这些数据进行处理后发送至终端控制器。
所述运动单元包括:运动装置和运动控制器;所述运动装置信号连接于运动控制器,用于根据运动控制器的控制,带动机器人移动;所述运动控制器分别信号连接于中央控制单元和运动装置,用于根据中央控制单元的控制命令对运动装置的运行进行控制。
所述动力单元包括:能源单元和能源管理单元;所述能源单元信号连接于能源管理单元,用于给机器人提供运行的动力;所述能源管理单元,分别信号连接于中央控制单元和能源单元,用于实时监测能源单元的状态,获取能源单元的参数,将获取到的状态信息和参数信息发送至中央控制单元。
所述视频监测单元包括:摄像机和摄像机控制器;所述摄像机信号连接于摄像机控制器,用于获取机器人所处环境的图像信息;所述摄像机控制器,分别信号连接于中央控制单元和能源单元,用于根据中央控制单元发送过来的控制命令控制摄像机的运行状态。
所述平衡单元包括:角度传感器、重力传感器和平衡处理器;所述平衡处理器分别信号连接于角度传感器、重力传感器和中央处理单元,用于根据角度传感器发送过来的角度信息和重力传感器发送过来的重力信息采用预设的平衡算法进行平衡计算,根据计算结果判定是否应该发送控制命令至中央处理单元,进而对机器人进行紧急制动。
在实际运行情况中,机器人通过以下步骤维持机器人的平衡:
步骤1:实时获取角度传感器监测到的角度参数和重力传感器监测到的重力参数;
步骤2:在平衡处理器中设定三个角度参数的权重值分别为0.5、1.2、3.5,设定三个重力参数的权重值为0.8、1.5、6.0;
步骤3:设定两个角度阈值为20和40;设定两个重力阈值为30和60;
步骤4:当测定的角度参数为15小于20时,将角度参数与0.5相乘得到角度判定值;当测定的角度参数位30介于20和40之间时,将角度参数与1.2相乘得到角度判定值;当测定的角度参数位60大于40时,将角度参数与3.5相乘得到角度判定值;
步骤5:当测定的重力参数为25小于30时,将重力参数与0.8相乘得到重力判定值;当测定的重力参数位40介于30和60之间时,将重力参数与1.5相乘得到重力判定值;当测定的重力参数位80大于60时,将重力参数与6.0相乘得到重力判定值;
步骤6:设定两个角度判定阈值分别为30和150、设定两个重力判定阈值为50和300;
步骤7:当角度判定值小于30和重力判定值小于50时,平衡处理器不发送信号至中央控制单元;当角度判定值介于30和150之间或重力判定值介于50和300之间时,平衡处理器发送警告信号至中央控制单元;当角度判定值大于150或重力判定值大于300时,发送紧急制动信号至中央处理单元。
所述终端传输单元分别信号连接于终端处理器和无线传输单元,用于接收来自无线传输单元的数据信息,将接收到的数据信息发送至终端处理器;所述终端处理器分别信号连接于无线传输单元和终端控制器,用于处理来自无线传输单元发送过来的数据信息,将处理后的结果发送至终端控制器;所述终端控制器信号连接于终端处理器,用于发出控制命令,控制机器人的运行,以及显示机器人采集的到的视频图像信息。
所述终端控制器上安装有报警装置,与终端控制器信号连接,用于当终端控制器接收到来自平衡处理器发送的警告信号,发出报警声音,提醒操控者进行相应控制以保证机器人的平衡。
所述角度传感器测定的角度参数实际含义为:实际机器人的角度值与标准重力值之间的差值;所属重力传感器测定的重力参数实际含义为:实际机器人的重力值和标准重力值之间的差值。
本发明实施例3中提供了一种侦查机器人及其系统,系统结构如图1所示:
一种侦查机器人,其特征在于,它包括:第一行动轮1和第二行动轮4,所述第一行动轮1通过轮轴6连接于机器人主体2;所述第二行动轮4通过轮轴5连接于机器人主体2;所述机器人主体2内部设有电机,所述电机通过所述轮轴5带动第二行动轮4转动,所述电机通过轮轴5带动第一行动轮1转动;所述机器人主体2前方设有视频监控单元3;所述机器人主体2内部设有驱动视频监控单元3和电机的控制系统。
所述控制系统包括:无线传输单元、平衡单元、中央控制单元、运动单元、动力单元和视频监测单元和控制终端;所述控制终端包括:终端传输单元、终端控制器和终端处理器;
所述中央控制单元,分别信号连接于无线传输单元、平衡单元、视频监测单元、动力单元和滚轮控制单元,用于根据控制终端发送过来的控制命令控制机器人中其他单元的运行,以及将机器人的运行数据进行处理后经无线传输单元发送至控制终端;
所述终端处理器分别信号连接于终端传输单元和终端控制器,用于对终端控制器发送过来的控制命令进行处理经终端传输单元发送回机器人,以及接收来自机器人发送回来的机器人的运行数据,对这些数据进行处理后发送至终端控制器。
所述运动单元包括:运动装置和运动控制器;所述运动装置信号连接于运动控制器,用于根据运动控制器的控制,带动机器人移动;所述运动控制器分别信号连接于中央控制单元和运动装置,用于根据中央控制单元的控制命令对运动装置的运行进行控制。
所述动力单元包括:能源单元和能源管理单元;所述能源单元信号连接于能源管理单元,用于给机器人提供运行的动力;所述能源管理单元,分别信号连接于中央控制单元和能源单元,用于实时监测能源单元的状态,获取能源单元的参数,将获取到的状态信息和参数信息发送至中央控制单元。
所述视频监测单元包括:摄像机和摄像机控制器;所述摄像机信号连接于摄像机控制器,用于获取机器人所处环境的图像信息;所述摄像机控制器,分别信号连接于中央控制单元和能源单元,用于根据中央控制单元发送过来的控制命令控制摄像机的运行状态。
所述平衡单元包括:角度传感器、重力传感器和平衡处理器;所述平衡处理器分别信号连接于角度传感器、重力传感器和中央处理单元,用于根据角度传感器发送过来的角度信息和重力传感器发送过来的重力信息采用预设的平衡算法进行平衡计算,根据计算结果判定是否应该发送控制命令至中央处理单元,进而对机器人进行紧急制动。
所述平衡处理器采用的平衡方法包括以下步骤:
步骤1:实时获取角度传感器监测到的角度参数和重力传感器监测到的重力参数;
步骤2:设定三个角度参数的权重值分别为P、Q、R,设定三个重力参数的权重值为J、K、L;
步骤3:设定两个角度阈值为S和D;设定两个重力阈值为H和N;
步骤4:当测定的角度参数小于S时,将角度参数与P相乘得到角度判定值;当测定的角度参数介于S和D之间时,将角度参数与Q相乘得到角度判定值;当测定的角度参数大于D时,将角度参数与R相乘得到角度判定值;
步骤5:当测定的重力参数小于H时,将重力参数与J相乘得到重力判定值;当测定的重力参数介于H和N之间时,将重力参数与K相乘得到重力判定值;当测定的重力参数大于N时,将重力参数与L相乘得到重力判定值;
步骤6:设定两个角度判定阈值分别为C和V、设定两个重力判定阈值为Z和B;
步骤7:当角度判定值小于C和重力判定值小于Z时,平衡处理器不发送信号至中央控制单元;当角度判定值介于C和V之间或重力判定值介于Z和B之间时,平衡处理器发送警告信号至中央控制单元;当角度判定值大于V或重力判定值大于B时,发送紧急制动信号至中央处理单元。
所述终端传输单元分别信号连接于终端处理器和无线传输单元,用于接收来自无线传输单元的数据信息,将接收到的数据信息发送至终端处理器;所述终端处理器分别信号连接于无线传输单元和终端控制器,用于处理来自无线传输单元发送过来的数据信息,将处理后的结果发送至终端控制器;所述终端控制器信号连接于终端处理器,用于发出控制命令,控制机器人的运行,以及显示机器人采集的到的视频图像信息。
所述终端控制器上安装有报警装置,与终端控制器信号连接,用于当终端控制器接收到来自平衡处理器发送的警告信号,发出报警声音,提醒操控者进行相应控制以保证机器人的平衡。
所述角度传感器测定的角度参数实际含义为:实际机器人的角度值与标准重力值之间的差值;所属重力传感器测定的重力参数实际含义为:实际机器人的重力值和标准重力值之间的差值。
由于采用以上技术方案,本发明中的机器人系统结构简单,宏观上只由控制终端和机器人组成,控制终端通过无线技术操控机器人。其中,控制终端甚至可以由手机和安装于手机上的控制程序组成,机器人内部结构简单,各个单元模块间可以实现分离,各个单元实现规模化量产,到必要时刻再进行组装。通过这种方式,大大降低了机器人的制造成本。
自身具备应急处理能力:传统的侦查机器人大都依赖操控人员进行控制,在一些极端情况下,缺乏自身的应急处理能力。而在实际情况中,操控人员难免会发生一些操控失误,此时极有可能导致机器人设备的损坏,造成不必要的损失,而本发明的系统中,机器人内部的平衡处理器可以实时监测机器人的运行状况,当实际运行状态超过了临界值,将会对机器人实现紧急制动,避免了因为突发情况导致的机器人损坏。
平衡算法简单:本发明采用的平衡算法极其简单,只采用了简单判定算法,这样的算法可以使得技术人员便于理解机器人,也可以针对实际情况轻松地对整体的平衡算法进行优化改进,使得机器人更能应对实际突发状况。
本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合,以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。