CN108536155A - 基于云平台的智能打靶训练多机器人系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于云平台的智能打靶训练多机器人系统，靶标机器人接收手持遥控操作终端发出的运动指令信号后自主移动，训练人员拿专用激光打靶训练枪瞄准靶标机器人上的靶标射击，靶标机器人自动记录打靶数据并将打靶数据传至手持遥控操作终端或云端管理平台存储，由手持遥控操作终端或云端管理平台分析评估训练效果；打靶训练综合管理系统由多台计算机及通讯设备组成，用以规划和设置训练场景，接收各靶标机器人详细运动状态信息及靶标机器人上的靶标击中状态信息，并显示、分析并存储；云端管理平台用于完成接口管理、训练数据存储于管理、靶标机器人运动控制算法管理、靶标机器人群体调度、靶标机器人个体任务规划、训练数据存储及靶标机器人智能进化。
Description
技术领域
本发明涉及打靶训练机器人，具体涉及一种智能打靶训练多机器人系统。
背景技术
武器射击是军队、武警、警察等武装力量重要的基本技能，如何提高轻武器使用者的射击水平是上述武装力量日常训练的重要内容。目前常见的靶标包括固定靶、显隐靶及在固定轨道上运动的移动靶。国内总参第六十研究所、瑞士华格、意大利EP公司均生产固定靶及显隐靶。以色列Robotican，国内西安立靶等公司生产在固定轨道上运动的移动靶。虽然上述靶机能在一定程度上模拟运动目标，但战场上的敌对目标往往能自主寻找掩体，且移动轨迹不固定，现有移动靶机与真实战场上的敌对目标差别较大。因此设计一种能在靶场自主移动，能模拟敌对目标战场行为，具备起倒靶功能及自动报靶功能，且能对训练水平进行评估的一种智能打靶训练多机器人系统，对提高打靶训练的真实性及便利性，科学评估打靶训练效果，具有重大意义。
发明内容
本发明提出了一种基于云平台的智能打靶多机器人系统，该系统具备移动、感知、遥操作、训练效果评估、多机器人协同与调度等多种功能。
为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种基于云平台的智能打靶训练多机器人系统，由若干台靶标机器人、若干台手持遥控操作终端、智能打靶训练机器人综合管理系统、专用打靶训练枪及云端管理平台组成，所述靶标机器人接收手持遥控操作终端发出的运动指令信号后自主移动，训练人员拿专用激光打靶训练枪瞄准靶标机器人上的靶标射击，靶标机器人自动记录打靶数据并将打靶数据传至手持遥控操作终端或云端管理平台存储，由手持遥控操作终端或云端管理平台分析评估训练效果；所述打靶训练综合管理系统由多台计算机及通讯设备组成，用以规划和设置训练场景，接收各靶标机器人详细运动状态信息及靶标机器人上的靶标击中状态信息，并显示、分析并存储；所述云端管理平台用于完成接口管理、训练数据存储于管理、靶标机器人运动控制算法管理、靶标机器人群体调度、靶标机器人个体任务规划、训练数据存储及靶标机器人智能进化。
进一步，所述靶标机器人包括靶标、起倒机构、无线通信模块、靶标机器人控制模块、移动底盘、导航与定位模块、声学传感器、靶标击中传感器，所述移动底盘上面装有靶标机器人控制模块、无线通信模块、导航与定位模块、声学传感器、并通过起倒机构连接靶标，靶标上安装有靶标击中传感器，移动底盘具有四个主动驱动轮胎。
进一步，当专用打靶训练枪射出的激光束击中靶标时，靶标击中传感器采集到光电信号，并将其传送至靶标机器人控制模块，靶标机器人控制模块控制起倒机构使靶标自动倒下；当恢复训练时，靶标机器人控制起倒机构使靶标自动起立
进一步，所述导航与定位模块采用GPS、激光雷达、超声波传感器或视觉相机采集周边环境信息及靶标机器人位置信息，经靶标机器人控制模块处理后在靶场范围内实现自主导航定位及避障功能。
进一步，所述声学传感器采用专用麦克风搜集枪声信号，经靶标机器人控制模块处理后辨别枪声相对靶标机器人的方位。
进一步，所述移动底盘的四个主动驱动轮胎采用四个防爆驱动轮胎。
进一步，所述云端管理平台包括云端接口模块、管理与调度模块、智能进化模块、云端算法管理模块及数据存储模块，所述云端接口模块由操作终端接口及靶标机器人接口组成，采用通讯网络实现与手持遥控操作终端和靶标机器人的数据传输；所述管理与调度模块由多机器人调度模块、机器人个体任务规划模块及云端中央管理模块组成，所述多机器人调度模块针对机器人群体进行调度，实现多机器人协同掩护、放哨、攻击、撤退行为，所述机器人个体任务规划模块用于靶标机器人个体路径规划，所述云端中央管理模块统管所述云端管理平台，所述智能进化模块根据大量实验数据或外部输入数据运行相应算法实现靶标机器人的拟人化模拟及靶标机器人个体间行为的交互；所述数据存储模块实现靶场地图存储、任务存储、打靶成绩存储。
进一步，所述手持遥控操作终端为专用手持式遥操作控制器、手机、IPAD、WEB终端中的一种，用于向靶标机器人下达运动控制指令。
本发明的人益效果是：
本发明由于采取上述的技术方案，提高了打靶训练的便利性及射击训练的真实性，并可科学评估打靶训练效果。
附图说明
图1是本发明系统组成示意图；
图2是本发明靶标机器人示意图；
图3是本发明靶标机器人控制系统示意图；
图4是本发明云端管理平台组成示意图。
具体实施方式
下面结合附图说明本发明的优选实施例。
如图1所示，本发明的基于云平台的智能打靶训练多机器人系统由若干台靶标机器人、若干台手持遥操作终端、智能打靶训练机器人综合管理系统、专用打靶训练枪及云端管理平台组成。其中每一台靶标机器人对应一台手持式遥操作终端，手持式遥操作终端的主要功能是场景监控，以及对现有任务的选择性调度。手持式遥操作终端可控制靶标机器人简单运动，并可显示所对应的靶标机器人的状态数据。手持式遥操作终端包括按键、显示屏、天线及控制器和软件。智能打靶训练机器人综合管理系统则实现更为复杂的训练任务，综合管理系统由多个监显设备和计算机网络组成，随时监视工作场景的详细状态，同时，操作员可通过该系统规划和设置复杂训练场景，输入靶标机器人的操作对象信息，编排靶标机器人作业任务等。云端管理平台则运行在云服务器上，主要包括云计算服务以及网络互连设备，云端管理平台内运行的软件包括云端接口模块，管理与调度模块、智能进化模块、算法管理模块及数据存储模块。每个参与训练的人员则配备专用打靶训练枪，该训练枪采用激光射击系统进行设计训练。
如图2所示，靶标机器人包括靶标1、起倒机构2、无线通信模块3、靶标机器人控制模块4、移动底盘5、导航与定位模块6、声学传感器7、靶标击中传感器8。移动底盘5上面装有靶标机器人控制模块4、无线通信模块3、导航与定位模块6、声学传感器7,并通过起倒机构2连接靶标1，靶标1上安装有靶标击中传感器8，移动底盘5具有四个主动驱动轮胎。当专用打靶训练枪射出的激光束击中靶标1时，靶标1安装的靶标击中传感器8采集到光电信号，并将其传送至靶标机器人控制模块4，靶标机器人控制模块4控制起倒机构2使靶标1自动倒下。当恢复训练时，起倒机构2使靶标1自动起立。起倒机构2采用步进电机并配置行星减速箱驱动。靶标机器人上的导航与定位模块6中采用GPS、激光雷达、超声波传感器或视觉相机采集周边环境信息及自身位置信息，经靶标机器人控制模块4处理后在靶场范围内实现自主导航定位及避障功能。靶标机器人上的声学传感器7采用专用麦克风，可搜集枪声信号，经靶标机器人控制模块4处理后辨别枪声相对靶标机器人的方位。移动底盘5采用四轮主动驱动，每个轮胎驱动机构包括步进电机、行星减速器及速度传感器。
如图3所示，靶标机器人控制系统采用分层体系进行设计，主要包括中控层、伺服层、执行感知层。其中中控层包括靶标机器人中央控制器，中央控制器采用4G网络与手持式遥操作终端通信，获取靶标机器人运动指令，或采用4G网络从云端管理平台提取靶标机器人个体局部地图、路径及任务，并采集靶标机器人个体传感器信息，运行运动控制算法。伺服层包括四轮电机驱动控制器、起倒机构电机驱动控制器及传感器信号采集模块，与中控层的中央控制器采用CAN总线或EtherCAT总线通信，按照中控层指令驱动靶标机器人四个轮子及起倒机构，并采集靶标机器人各传感器信息发送至中央控制器。执行感知层包括各类驱动机构和各类传感器，负责具体动作的执行、传感信息的采集。驱动机构包括四轮驱动机构、起倒驱动机构。传感器包括激光雷达、GPS、声学传感器、靶标击中传感器、陀螺仪及加速度计。
如图4所示，云端管理平台主要包括：云端接口模块、管理与调度模块、智能进化模块、云端算法管理模块及数据存储模块。云端接口模块由操作终端接口及靶标机器人接口组成，采用通讯网络实现与操作终端和靶标机器人的数据传输。管理与调度模块由多机器人调度模块、机器人个体任务规划模块及云端中央管理模块组成。多机器人调度模块针对机器人群体进行调度，实现多机器人协同掩护、放哨、攻击、撤退等行为，靶标机器人个体任务规划实现个体路径规划等运动的规划，云端中央管理模块统管这个云端管理平台。智能进化模块可根据大量实验数据或外部输入数据运行相应算法实现靶标机器人的拟人化模拟及靶标机器人个体间行为的交互。数据存储模块可实现靶场地图存储、任务存储、打靶成绩存储等功能。
本发明基于云平台的智能打靶训练机器人系统，该系统中的靶标机器人具备移动、感知功能，并能通过多种遥操作终端操作，该系统还能记录击中传感器传感数据，并将上述数据上传到操作终端，在终端存贮、分析上述数据，对训练效果进行评价。提高了打靶训练的便利性及射击训练的真实性，并可科学评估打靶训练效果。
Claims (8)
1.一种基于云平台的智能打靶训练多机器人系统，由若干台靶标机器人、若干台手持遥控操作终端、智能打靶训练机器人综合管理系统、专用打靶训练枪及云端管理平台组成，其特征在于：所述靶标机器人接收手持遥控操作终端发出的运动指令信号后自主移动，训练人员拿专用激光打靶训练枪瞄准靶标机器人上的靶标射击，靶标机器人自动记录打靶数据并将打靶数据传至手持遥控操作终端或云端管理平台存储，由手持遥控操作终端或云端管理平台分析评估训练效果；所述打靶训练综合管理系统由多台计算机及通讯设备组成，用以规划和设置训练场景，接收各靶标机器人详细运动状态信息及靶标机器人上的靶标击中状态信息，并显示、分析并存储；所述云端管理平台用于完成接口管理、训练数据存储于管理、靶标机器人运动控制算法管理、靶标机器人群体调度、靶标机器人个体任务规划、训练数据存储及靶标机器人智能进化。
2.根据权利要求1所述的基于云平台的智能打靶训练多机器人系统，其特征在于：所述靶标机器人包括靶标（1）、起倒机构（2）、无线通信模块（3）、靶标机器人控制模块（4）、移动底盘（5）、导航与定位模块（6）、声学传感器（7）、靶标击中传感器（8），所述移动底盘（5）上面装有靶标机器人控制模块（4）、无线通信模块（3）、导航与定位模块（6）、声学传感器（7），并通过起倒机构（2）连接靶标（1），所述靶标（1）上安装有靶标击中传感器（8），所述移动底盘（5）具有四个主动驱动轮胎。
3.根据权利要求2所述的基于云平台的智能打靶训练多机器人系统，其特征在于：当专用打靶训练枪射出的激光束击中靶标（1）时，所述靶标击中传感器（8）采集到光电信号，并将其传送至靶标机器人控制模块（4），靶标机器人控制模块（4）控制起倒机构（2）使靶标（1）自动倒下；当恢复训练时，靶标机器人控制起倒机构（2）使靶标（1）自动起立。
4.根据权利要求2所述的基于云平台的智能打靶训练多机器人系统，其特征在于：所述导航与定位模块（6）采用GPS、激光雷达、超声波传感器或视觉相机采集周边环境信息及靶标机器人位置信息，经靶标机器人控制模块（4）处理后在靶场范围内实现自主导航定位及避障功能。
5.根据权利要求2所述的基于云平台的智能打靶训练多机器人系统，其特征在于：所述声学传感器（7）采用专用麦克风搜集枪声信号，经靶标机器人控制模块（4）处理后辨别枪声相对靶标机器人的方位。
6.根据权利要求2所述的基于云平台的智能打靶训练多机器人系统，其特征在于：所述移动底盘（5）的四个主动驱动轮胎采用四个防爆驱动轮胎。
7.根据权利要求1所述的基于云平台的智能打靶训练多机器人系统，其特征在于：所述云端管理平台包括云端接口模块、管理与调度模块、智能进化模块、云端算法管理模块及数据存储模块，所述云端接口模块由操作终端接口及靶标机器人接口组成，采用通讯网络实现与手持遥控操作终端和靶标机器人的数据传输；所述管理与调度模块由多机器人调度模块、机器人个体任务规划模块及云端中央管理模块组成，所述多机器人调度模块针对机器人群体进行调度，实现多机器人协同掩护、放哨、攻击、撤退行为，所述机器人个体任务规划模块用于靶标机器人个体路径规划，所述云端中央管理模块统管所述云端管理平台，所述智能进化模块根据大量实验数据或外部输入数据运行相应算法实现靶标机器人的拟人化模拟及靶标机器人个体间行为的交互；所述数据存储模块实现靶场地图存储、任务存储、打靶成绩存储。
8.根据权利要求1所述的基于云平台的智能打靶训练多机器人系统，其特征在于：所述手持遥控操作终端为专用手持式遥操作控制器、手机、IPAD、WEB终端中的一种，用于向靶标机器人下达运动控制指令。
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