CN109856662B - 放射源探测搬移机器人 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提出了一种放射源探测搬移机器人，包括控制机构和运动机器人，且控制机构通过无线信号连接运动机器人；控制机构设有主控控制器，且运动机器人设有从控制器；该控制机构的主控控制器连接了两个485通讯模块，且该运动机器人的从控制模块连接两个485从通讯模块；该主控控制器的第一485通讯模块连接运动机器人的第一从485通讯模块，以向运动机器人发送运动控制指令；且该主控控制器的第二485通讯模块连接显示机构以将接收到所有数据和环境参数发送到显示机构进行显示；且该从控制器的第二从485通讯模块连接环境参数检测机构、云台摄像头控制器。

Description

放射源探测搬移机器人

技术领域

本发明涉及自动控制技术领域，尤其是涉及一种放射源探测搬移机器人。

背景技术

随着社会的发展，放射源探测搬移机器人是用来代替人在一些有辐射有毒害的危险环境中，在现场进行侦察、检测、处理放射源辐射物等工作。其中机器人与控制机构之间使用远距离无线的数据模块，以远程控制机器人动作并接受机器人采集到的图像；这样工作人员可以在安全区域内控制机器人。

由于机器人和控制机构之间是采用无线通讯方式连接以传输数据的，因此对于通讯的实时性和可靠性要求极高。但是由于这种机器人本体都对外形尺寸以及重量有极其严格的要求，而现有技术中无法在有限的资源下完成高可靠性的数据传输。

发明内容

针对当前的机器人无法实现与控制端之间进行高可靠性的数据穿的问题，本发明实施例提出了一种放射源探测搬移机器人，能够提高数据传输的可靠性和实时性。

为了实现上述目的，本发明实施例提供了一种放射源探测搬移机器人，包括控制机构和运动机器人，且控制机构通过无线信号连接运动机器人；

其中所述控制机构设有主控控制器，且运动机器人设有从控制器；其中该控制机构的主控控制器连接了两个485通讯模块，且该运动机器人的从控制模块连接两个485从通讯模块；该主控控制器的第一485通讯模块连接运动机器人的第一从485通讯模块，以向运动机器人发送运动控制指令，控制指令包括：控制运动机器人运动的运动控制指令、控制云台摄像头运动的摄像头控制指令；且该主控控制器的第二485通讯模块连接显示机构以将接收到所有数据和环境参数发送到显示机构进行显示；且该从控制器的第二从485通讯模块连接环境参数检测机构、云台摄像头控制器，以将从主控控制器接收到的控制云台摄像头运动的摄像头控制指令发送到云台，并接收环境参数检测机构的环境参数。

其中，所述运动机器人的环境参数检测机构包括：温度湿度检测器、电池电量检测器、辐射探测器；且所述运动机器人还设有云台摄像头控制器；所述温度湿度检测器、电池电量检测器、辐射探测器、云台摄像头控制器都通过第二从485通讯模块连接到从控制器，然后再通过第一从485通讯模块发送到控制机构的第一485通讯模块。

其中，所述控制机构与运动机器人设有联锁功能；当运动机器人检测到无线通讯异常时立即停止动作以防止出现失联的运动机器人在不受控制的情况下继续进行运动导致的安全隐患；其中在检测到预定长度时间内没有收到任何无线通讯数据传输时认为无线通讯异常；此时发一个心跳信号，如果对端对于心跳信号没有响应则确认为无线通讯异常。

其中，所述控制机构包括图像传输模块，该运动机器人也包括图像传输模块；该运动机器人的图像传输模块通过画面分割器连接多个摄像头；且控制机构的图像传输模块连接视频显示器以实时显示接收到的图像。其中手提式操作箱的图像传输模块通过无线信号连接运动机器人的图像传输模块。

本发明的技术方案具有以下优势：上述方案提出了一种放射源探测搬移机器人，能够提高控制机构与运动机器人之间通信的可靠性。

附图说明

通过下面结合附图对本发明的一个优选实施例进行的描述，本发明的技术方案及其技术效果将变得更加清楚，且更加易于理解。其中：

图1为本发明实施例的通讯系统的结构示意图；

图2为本发明实施例的图像传输系统的结构示意图。

具体实施方式

以下将结合所附的附图对本发明的一个优选实施例进行描述。

本发明实施例提出了一种放射源探测搬移机器人，其包括控制机构和运动机器人，控制机构通过无线信号连接运动机器人。具体的，如图1所示的该控制机构可以为手提式操作箱。

在本发明的一个实施例中，该运动机器人包括机械结构和液压部分；其中机械结构分多为外构成型元件：其中行走部分采用履带式，并采用两台电机驱动以实现正向和反向同步；两台电机分别驱动两条履带，就可以实现机器人的正向、反向、左转、右转运动。液压部分是用来控制机器人的机械臂，使用成套的液压动力单元供给四个油缸的动作，以通过四个油缸控制机械臂的相应动作，可以实现对危险物品的抓取等各种动作。

其中运动机器人的控制部分包括了图像传输系统和电气控制系统：其中图像传输系统是通过技术成熟的图像无线传输模块，把摄像头拍摄到的画面传输到远端的手提式操作箱；这样控制人员就可以远程看到机器人周围的情况，以控制机器人运动并能够实现对危险物品的准确抓取以及排障。其中电气控制系统采用工作可靠的PLC作为控制器。其中，手提式操作箱中设有主控控制器，且运动机器人中设有从控制单元；该手提式操作箱中的主控控制器与运动机器人中的从控制单元通讯以控制运动机器人的工作并接收反馈信号。其中主控控制器和从控制单元都采用PLC(Programmable Logic Controller，可编程逻辑控制器)；这样可以由主控控制器控制运动机器人的各种姿态，同时从控制单元可以将运动机器人采集到的现场的环境数据上传给主控控制器并实时显示在手提式控制箱的显示屏上或是其他设备的显示屏上。

为了提高运动机器人的操作安全性，所有的控制指令都采用点动模式；其中从控制单元会实时检查运动机器人的各个部件的状态信息；如果发现运动机器人的部件出现异常状态，则立即将故障信息发送到手提式控制箱中，以避免机器人带病作业，提高机器人在实际作业中的工作可靠性。

由上面描述可以看出，手提式控制箱与运动机器人之间的远程无线通讯必须具有极强的实时性和可靠性，这样才能确保整个系统的正常运行。但是由于通讯数据量较大，因此采用现有的成熟技术很容易导致运动机器人的控制响应滞后。为了解决系统响应滞后的问题，本发明实施例对通讯数据进行了优化处理，请参见图1。

本发明实施例中采用了2级数据管理模式，即如图1所示的，该主控控制器连接了两个485通讯模块，且该运动机器人的从控制模块也连接两个485从通讯模块；该主控控制器的第一485通讯模块连接运动机器人的第一从485通讯模块，以向运动机器人发送运动控制指令，控制指令包括：控制运动机器人运动的运动控制指令、控制云台摄像头运动的摄像头控制指令；且该主控控制器的第二485通讯模块连接显示机构以将接收到所有数据和环境参数发送到显示机构进行显示；且该从控制器的第二从485通讯模块连接环境参数检测机构、云台摄像头控制器，以将从主控控制器接收到的控制云台摄像头运动的摄像头控制指令发送到云台，并接收环境参数检测机构的环境参数。

如图1所示的，该运动机器人的环境参数检测机构包括：温度湿度检测器、电池电量检测器、辐射探测器；这些温度湿度检测器、电池电量检测器、辐射探测器、云台摄像头控制器，都通过第二从485通讯模块连接到从控制器，然后再通过第一从485通讯模块发送到手提式控制箱的第一485通讯模块。这样可以将环境参数通过485通讯模块传输到手提式操作箱，以使手提式控制箱的第二485通讯模块通过手提式控制箱的显示屏或是通过其他设备进行显示。这样通过两个通讯模块分别传输不同的数据，可以保证数据传输的实时性。

同时，在手提式控制器与运动机器人上都设有联锁功能；当运动机器人检测到无线通讯异常时立即停止动作，以防止出现失联的运动机器人在不受控制的情况下继续进行运动导致的安全隐患。具体在实现时，可以在检测到预定长度时间内没有收到任何无线通讯数据传输时，认为无线通讯异常；此时可以发一个心跳信号，如果对端对于心跳信号没有响应则确认为无线通讯异常。这样可以提高运动机器人的工作可靠性，防止出现失控现象。

在本发明实施例中，主控控制器一共有6个通讯任务，包括：控制运动机器人运动的运动控制指令、控制云台摄像头运动的摄像头控制指令、读取运动机器人3种环境参数的通讯、与显示机构之间的通讯。如果采用现有的主从控制通讯的技术，主控控制器需要同时维护6个通讯任务，而每一个通讯任务的响应时间都不完全相同，这样就导致主从控制器之间通讯的累计通讯周期超过1秒。在需要进行精确控制的场景下，控制运动机器人行动以及机械臂动作都要求极为精准；1秒的时延势必会造成运动机器人的运动控制出现滞后现象。

运动机器人的反应时间是排爆机器人性能的关键技术指标，因此必须优化通讯控制方式以缩短通讯周期，从而提升机器人的实时响应性能。因此本发明实施例中，主控控制器和从控制器都设置有两个485通讯模块：其中一套负责与显示机构通讯，以及与负责采集3种环境参数的各种检测机构通讯；另一套负责下达各种指令，包括控制运动机器人运动的运动控制指令、控制云台摄像头运动的摄像头控制指令。

为了进一步提升无线通讯控制的可靠性，在主站PLC及从站PLC中分别编写了一些通讯监控程序，这样可以预防机器人发生失控，在主站PLC发送数据完成后，就会实时监控通讯返回的数据，一旦发生通讯超时，没有数据返回，如果超过预设的时间，立即给出故障报警。同时在从站PLC上传数据完成后，也会实时监控通讯返回的数据，一旦发生通讯超时，没有数据返回，如果超过预设的时间，立即停止机器人的当前运动，当通讯恢复正常后，重新执行主站PLC发送的控制指令，由于机器人运动控制箱中的PLC会实时检查主站和从站PLC之间的通讯状态，因此该机器人的工作可靠性极高，不会出现失控现象。

项目通讯构成如图1所示，手提式操作盒与运动机器人本体各采用一台S7-1200系列CPU作为控制器，每个CPU带二块通讯模块，一块通讯模块与无线传输收发模块通讯，无线传输模块作用是发送手提式操作盒对运动机器人的前后左右动作、云台上下左右动作的操作，以及接收从运动机器人侧采集的辐射数据、温湿度数据、电池数据、动作反馈等信息。一块用于如图1所示各个传感器信号的数据采集，采集到的数据均显示到手提式操作盒的可编程控制屏上面，便于操作人员查看数据。采用两块通讯模块意义在于对于数据采集时，对于无线传输信号不产生数据处理等待情况，因此即使是无线传输，运动机器人也可以快速响应操作人员的指令动作。

运动机器人机械结构包括：作为运动机器人动力部分的履带，通过从手提式操作箱接收到的开关信号指令，运动机器人进行相应动作。还包括四个油缸，其由一台液压动力单元、四只液压电磁作，通过控制器的开关量控制以控制机械臂做出相应配合动作，抓取危险物品。

手提式操作箱包括图像显示屏，以将运动机器人的云台接收到的画面进行显示；同时该手提式控制箱还包括用于控制运动机器人的履带和云台动作的控制机构；还包括显示从运动机器人侧采集到的辐射、温度湿度、电池电量数据等环境参数。

为了实现手提式操作箱对运动机器人的精确控制，需要能够实时从运动机器人获取图像。因此本发明实施例采用了如图2所示的图像传输系统。如图2所示的，该手提式操作箱包括图像传输模块，该运动机器人也包括图像传输模块；该运动机器人的图像传输模块通过画面分割器连接多个摄像头，例如可以前1摄像头、前2摄像头、云台摄像头、抓取摄像头；而该手提式操作箱的图像传输模块连接视频显示器以实时显示接收到的图像。其中手提式操作箱的图像传输模块通过无线信号连接运动机器人的图像传输模块。

对于所属技术领域的技术人员而言，随着技术的发展，本发明构思可以不同方式实现。本发明的实施方式并不仅限于以上描述的实施例，而且可在权利要求的范围内进行变化。

Claims (3)

1.一种放射源探测搬移机器人，其特征在于，包括控制机构和运动机器人，且控制机构通过无线信号连接运动机器人；

其中所述控制机构设有主控控制器，且运动机器人设有从控制器；其中该控制机构的主控控制器连接了两个485通讯模块，且该运动机器人的从控制模块连接两个485从通讯模块；该主控控制器的第一485通讯模块连接运动机器人的第一从485通讯模块，以向运动机器人发送运动控制指令，控制指令包括：控制运动机器人运动的运动控制指令、控制云台摄像头运动的摄像头控制指令；且该主控控制器的第二485通讯模块连接显示机构以将接收到所有数据和环境参数发送到显示机构进行显示；且该从控制器的第二从485通讯模块连接环境参数检测机构、云台摄像头控制器，以将从主控控制器接收到的控制云台摄像头运动的摄像头控制指令发送到云台，并接收环境参数检测机构的环境参数；

其中，所述控制机构与运动机器人设有联锁功能；当所述运动机器人检测到无线通讯异常时立即停止动作，以防止出现失联的运动机器人在不受控制的情况下继续进行运动导致的安全隐患；其中，所述运动机器人在检测到预定长度时间内没有收到任何无线通讯数据传输时，认为无线通讯异常；此时所述运动机器人发一个心跳信号至所述主控控制器，如果所述主控控制器对于心跳信号没有响应则确认为无线通讯异常。

2.根据权利要求1所述的放射源探测搬移机器人，其特征在于，其中所述运动机器人的环境参数检测机构包括：温度湿度检测器、电池电量检测器、辐射探测器；且所述运动机器人还设有云台摄像头控制器；所述温度湿度检测器、电池电量检测器、辐射探测器、云台摄像头控制器都通过第二从485通讯模块连接到从控制器，然后再通过第一从485通讯模块发送到控制机构的第一485通讯模块。

3.根据权利要求1所述的放射源探测搬移机器人，其特征在于，其中所述控制机构包括图像传输模块，该运动机器人也包括图像传输模块；该运动机器人的图像传输模块通过画面分割器连接多个摄像头；且控制机构的图像传输模块连接视频显示器以实时显示接收到的图像；其中，控制机构的图像传输模块通过无线信号连接运动机器人的图像传输模块。

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