CN110390810A - 一种高机动地面无人平台的遥控器及其遥控方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高机动地面无人平台的遥控器及其遥控方法，包括由外壳和遥控面板组成的整机，在所述的遥控面板上安装有左、右手柄、电源开关和急停开关，所述的左、右手柄均具有水平、垂直和旋转三个运动维度，在左、右手柄上还分别设有多个复合控制按键，通过左手柄与多个复合控制按键的组合完成无人平台的行走、转向、灯光和喇叭的动作控制，通过右手柄与多个复合控制按键的组合完成无人平台的姿态动作控制。本发明布局合理、可靠性高、通用性好、智能化强，具有良好的人机交互性，操作简单，易于维护，应用范围广。

Description

一种高机动地面无人平台的遥控器及其遥控方法

技术领域

本发明涉及地面无人平台遥控技术领域，尤其涉及一种高机动地面无人平台的遥控器及其遥控方法。

背景技术

地面无人平台是一个集环境感知、动态决策与规划、行为控制与执行等多种功能于一体的综合系统，它可以将人从危险任务中解放出来，降低人员伤亡，设计过程完全以任务为中心。随着现代科学技术的高速发展，地面无人平台在智能化程度、动作精确性、反应快速性等方面发展迅速，诸多优势使地面无人平台在未来战争、精准农业、智能交通等领域有着极大的应用前景。

地面无人平台一般分为轮式和履带式，为了使平台具有高机动性，适应野外复杂地形，平台执行机构又被设计成摇臂式或者足履式。所以，对于高机动地面无人平台来说，不仅要完成平台的行走、转向、声光等常规动作控制；还需要完成野外复杂地形下的越壕沟、上下垂直墙、涉水等特殊姿态动作控制；此外平台还需要具备紧急情况下的急停动作控制、搭载任务的载荷动作控制；由此可见，高机动地面无人平台具备功能多，控制复杂的特点。

目前，针对高机动地面无人平台的遥控器，形式多样，为了满足操控功能需求，在遥控器设计上非常复杂，在遥控面板上安装有大量物理按键和开关，功能区相对较为分散，不仅占用大量的操作空间，操作复杂，执行效率低，无法进行快速有效的指令输入和执行，而且对于操控人员的操作技能要求较高，操作劳动强度较大，容易发生操作失误。另外，大多数高机动地面无人平台的遥控器仅有输入功能，不能将平台状态进行显示，或只能使用指示灯或蜂鸣器进行少数状态的显示，而采用触摸液晶屏进行人机交互的遥控器更加少见，平台遥控器的扩展再升级能力差。

发明内容

本发明目的就是为了弥补已有技术的缺陷，提供一种高机动地面无人平台的遥控器及其遥控方法。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种高机动地面无人平台的遥控器，包括由外壳和遥控面板组成的整机，外壳采用人体工程学设计，在所述的遥控面板上安装有左、右手柄、电源开关和急停开关，左手柄和右手柄，采用双手通用设计，可拆卸，可相互替换；电源开关用于遥控装置本身的电源通断；急停开关用于平台紧急情况下的操控，所述的左、右手柄均具有水平(X方向)、垂直(Y方向)和旋转(Z方向)三个运动维度，在左、右手柄上还分别设有多个复合控制按键，通过左手柄与多个复合控制按键的组合完成无人平台的行走、转向、灯光和喇叭的动作控制，通过右手柄与多个复合控制按键的组合完成无人平台的越壕沟、上下垂直墙、涉水的姿态动作控制，在所述的外壳内部设置有主控制板，用于控制指令的解析和收发功能，所述的主控制板采集手柄的运动状态信号和复合控制按键、电源开关和急停开关状态信号并转换为对应的状态数据，主控制板中设有预设程序，由预设程序将手柄运动状态数据和复合控制按键、电源开关和急停开关状态数据解析为地面无人平台的控制指令数据，并由主控制板将控制指令数据无线传输至地面无人平台。

在所述的遥控面板上还安装有显示屏和指示灯，所述的显示屏和指示灯均与主控制板连接。显示屏为串口触摸液晶屏，用于平台的状态信息的显示和触摸指令的输入。指示灯用于平台状态异常情况下的告警。

所述的主控制板包括有处理器、按键和开关信号采集模块、手柄运动信号采集模块、声光信号输出模块、显示屏驱动输出模块和无线通讯模块，所述的按键和开关信号采集模块采集多个复合控制按键、急停开关和电源开关的状态信号，所述的手柄运动信号采集模块采集左、右手柄的运动状态信号，按键和开关信号采集模块、手柄运动信号采集模块采集的信号分别送入处理器，由处理器转换为数据后进行解析，解析得到的控制指令数据由无线通讯模块发送至地面无人平台，所述的处理器通过显示屏驱动输出模块与显示屏连接，处理器通过声光信号输出模块与指示灯连接。

在所述的外壳内部还安装有电源模块，电源模块采用2块12V2000毫安时可充电锂电池，可以同时供电，也可以其中一块作为备用电池进行供电至各个用电部件。

一种高机动地面无人平台的遥控器的遥控方法，通过对左、右手柄以及多个复合控制按键的操作，实现对地面无人平台行走、转向、声光、姿态、急停和载荷的控制，具体如下：

行走控制：主控制板采集左手柄上其中一个复合控制按键的状态信号以及左手柄在垂直方向的运动状态信号，并转换为按键的状态数据和左手柄在垂直方向的运动状态数据，并将按键的状态数据和左手柄在垂直方向的运动状态数据解析为地面无人平台的行进、倒车和刹车的控制指令数据，实现对地面无人平台的行进、倒车和刹车的控制；

转向控制：主控制板采集左手柄在水平方向的运动状态信号，并转换为左手柄在水平方向的运动状态数据，并将左手柄在水平方向的运动状态数据解析为地面无人平台的转向的控制指令数据，实现对地面无人平台的转向的控制；

声光控制：主控制板采集左手柄上面其余多个复合控制按键状态信号，并转换为左手柄上面其余多个复合控制按键状态数据，并将左手柄上面其余多个复合控制按键状态数据解析为地面无人平台的转向灯、大灯和喇叭的控制指令数据，实现对地面无人平台的转向灯、大灯和喇叭的控制；

姿态控制：主控制板采集右手柄的水平、垂直、旋转三个方向的运动状态信号和右手柄上的多个复合控制按键状态信号，并转换为右手柄的水平、垂直、旋转三个方向的运动状态数据和右手柄上的多个复合控制按键状态数据，并将右手柄的水平、垂直、旋转三个方向的运动状态数据和右手柄上的多个复合控制按键状态数据解析为地面无人平台的姿态动作的控制指令数据，实现对地面无人平台的姿态动作的控制；

急停控制：主控制板采集急停开关的状态信号，并转换为急停开关的状态数据，并将急停开关的状态数据解析为地面无人平台的急停的控制指令数据，实现对地面无人平台的紧急情况下的停止的控制；

载荷控制：主控制板采集左手柄旋转方向的运动状态信号和触摸显示屏虚拟按键的操作的状态信号，并转换为左手柄旋转方向的运动状态数据和触摸显示屏虚拟按键的操作的状态数据，并将左手柄旋转方向的运动状态数据和触摸显示屏虚拟按键的操作的状态数据解析为地面无人平台的荷载的控制指令数据，实现对地面无人平台的荷载的控制。

所述的姿态动作的控制包括：轴间模式控制、轴边模式控制和预设姿态动作控制；所述的轴间模式控制是控制平台前轴、中轴或者后轴的正向抬起和反向降低，以实现平台前、中、后高度的调整；轴边模式控制是控制平台左边轴或者右边轴的正向抬起和反向降低，以实现平台左、右高度的调整；预设姿态动作控制是预定设定的动作序列组合，只需要一个控制按键即可完成越壕沟、上下垂直墙、涉水等预先设定特殊姿态动作控制，结合触摸显示屏上的虚拟按键的扩展，根据平台需求自定义姿态动作模式。

本发明的优点是：(1)本发明布局合理，具有良好的人机交互性，设计以充分适合人手的操作为准则，将高机动地面平台的主要输入指令操作都集中在左右手柄上，左右手柄分工合理，左手柄控制平台常规的行走、转向、声光和任务载荷，右手柄控制平台的特殊姿态动作，通过手柄水平、垂直和旋转三个方向和上面多个复合控制按键的组合，结合触摸屏输出的状态信息，即可实现平台复杂的人机交互操作，提高了平台操作人员的工作效率，降低了操作过程中出现的误操作，提高操控舒适性；

(2)本发明可靠性高，遥控器配置急停开关和防误触按键，提高平台运行的安全性；通过触摸屏可以实时监测平台的运行信息，故障时，能快速锁定故障点，提高检修效率，进而提高产品的出勤率；

(3)本发明通用性好，本遥控器既适用于具备前、中、后三轴高机动地面无人平台，也适用于只具备前、后两轴高机动地面无人平台的姿态操控，并且左右手柄采用双手对称的模块化设计，可快速拆卸和相互替换，易于维护，因此具有较广的应用范围；

(4)本发明智能化强，可以实现平台姿态控制多种模式快速转换，既可以对平台的姿态动作进行手动调整，又可以通过处理器预设程序，将复杂的姿态动作指令按照时序组合，只需要一个控制按键即可完成越壕沟、上下垂直墙、涉水等特殊姿态动作控制，方便操作人员进行复杂的任务操作。

附图说明

图1为本发明所提供的高机动地面无人平台遥控器的外部整体示意图。

图2为本发明所提供的高机动地面无人平台遥控器的遥控面板示意图。

图3为本发明所提供的高机动地面无人平台遥控器的内部整机示意图。

图4为本发明所提供的高机动地面无人平台遥控器的主控制板示意图。

图5为本发明所提供的高机动地面无人平台遥控器的遥控方法示意图。

图6为本发明所提供的高机动地面无人平台遥控器的具体实施例工作流程示意图。

具体实施方式

如图1所示，一种高机动地面无人平台遥控器包括：由遥控面板1和外壳9构成的整机2。

如图2所示，遥控面板1安装有左手柄3、右手柄4、显示屏5、指示灯6、电源开关7和急停开关8，左手柄3和右手柄4手柄采用双手通用设计，可拆卸，可相互替换；手柄具有水平(X方向)、垂直(Y方向)和旋转(Z方向)3个运动维度，上面设有多个复合控制按键18，通过手柄3个运动维度和复合控制按键18的组合，左手柄3完成平台的行走、转向、灯光、喇叭等常规动作控制；右手柄4完成平台的越壕沟、上下垂直墙、涉水等姿态动作控制；显示屏3为串口触摸液晶屏，用于平台的状态信息的显示和触摸指令的输入；指示灯6用于平台状态异常情况下的告警；电源开关7用于遥控装置本身的电源通断；急停开关8用于地面无人平台紧急情况下的操控。

如图3所示，整机外壳9采用人体工程学设计，使设备具有很好的便携性和适用性；整机内部主要由主控制板10和电源模块11组成，所述的主控制板10采集手柄的运动状态信号和复合控制按键18、电源开关7和急停开关8状态信号并转换为对应的状态数据，主控制板中设有预设程序，由预设程序将手柄运动状态数据和复合控制按键、电源开关和急停开关状态数据解析为地面无人平台的控制指令数据，并由主控制板将控制指令数据无线传输至地面无人平台；电源模块11采用2块12V2000毫安时可充电锂电池，可以同时供电，也可以其中一块作为备用电池进行供电。

如图4所示，主控制板主要由处理器12、按键和开关信号采集模块13、手柄运动信号采集模块14、声光信号输出模块15、显示屏驱动输出模块16和无线通讯模块17组成。所述的按键和开关信号采集模块13采集多个复合控制按键18、急停开关8和电源开关7的状态信号，所述的手柄运动信号采集模块14采集左、右手柄的运动状态信号，按键和开关信号采集模块13、手柄运动信号采集模块14采集的信号分别送入处理器12，由处理器12转换为数据后进行解析，解析得到的控制指令数据由无线通讯模块17发送至地面无人平台，所述的处理器12通过显示屏驱动输出模块16与显示屏5连接，处理器12通过声光信号输出模块15与指示灯6连接。

处理器12采用意法半导体的32位低功耗微控制器，型号为STM32L476RGT6。

按键和开关信号采集模块13由上拉电阻、限流电阻和保护二极管组成，按键和开关一端接地，另一端通过上拉电阻和限流电阻连接到处理器12的数字输入引脚，在按键或开关按下状态下，可以产生0V低电平信号，在按键或开关弹起状态下，可以产生3.3V高电平信号。

手柄运动信号采集模块14由稳压二极管和滤波电容组成，左、右手柄的水平、垂直和旋转三个方向运动产生0-3.3V模拟电压信号，通过电容滤波和二极管稳压连接到处理器12的模拟输入引脚进行运动状态信号的解析。

声光信号输出模块15由开关三极管和无源蜂鸣器组成，处理器12的数字输出引脚产生TTL电平控制开关三极管的通断来驱动发光二极管(指示灯)和无源蜂鸣器。

显示屏驱动输出模块16由串口收发芯片MAX232组成，处理器12的串口收发引脚连接MAX232，将TTL电平信号转换成RS232电平信号来驱动串口触摸显示屏。

无线通讯模块17型号为E39-TTL-100，是一款中心频率为2.4GHz的全双工无线通讯模块，具有TTL电平的串口通信接口，和处理器12的串口收发引脚直接连接，按键和开关信号采集模块13、手柄运动信号采集模块14采集的信号分别送入处理器12，由处理器12转换为数据后进行解析，解析得到的控制指令数据由无线通讯模块17发送至高机动地面无人平台，高机动地面无人平台反馈的状态信号由无线通讯模块17接收后送入处理器12进行解析转换为状态参数数据。

如图5所示，基于上述高机动地面无人平台遥控器的具体遥控方法如下：

(1)平台行走控制：对应遥控面板1安装的左手柄4的垂直方向和上面配置的复合控制按键E。按键E松开的同时左手柄4沿垂直正方向移动，平台行进，行进速度根据垂直方向偏离中心幅度增加；按键E按下的同时左手柄4沿垂直正方向移动，平台倒车，倒车速度根据垂直方向偏离中心幅度增加；左手柄4沿垂直负方向移动，平台刹车，制动开度(0-100％)根据垂直方向偏离中心幅度增加。

(2)平台转向控制：对应遥控面板1安装的左手柄4的水平方向，左手柄4沿水平正方向移动，平台右转向，转动角度根据水平方向偏离中心幅度增加；左手柄4沿水平负方向移动，平台左转向，转动角度根据水平方向偏离中心幅度增加。

(3)平台声光控制：对应遥控面板1安装的左手柄4上配置的复合控制按键A、B、C、D。按键A松开，平台大灯关闭，按键A按下，平台大灯开启；按键B松开，平台喇叭关闭，按键B按下，平台喇叭开启；按键C松开，平台左转灯关闭，按键C按下，平台左转灯开启；按键D松开，平台右转灯关闭，按键D按下，平台右转灯开启。

(4)平台姿态控制：对应遥控面板1安装的右手柄4的水平、垂直、旋转3个方向和上面配置的复合控制按键A、B、C、D、E，实现对平台姿态动作的控制；姿态动作的控制包括：轴间模式控制、轴边模式控制和预设姿态动作控制。

轴间模式控制是控制平台前轴、中轴或者后轴的正向抬起和反向降低，以实现平台前、中、后高度的调整；按键E松开的同时右手柄4沿水平正方向移动，平台前轴正向微调整，调整量根据水平方向偏离中心幅度增加；按键E松开的同时右手柄4沿水平负方向移动，平台前轴反向微调整，调整量根据水平方向偏离中心幅度增加；按键E松开的同时右手柄4沿垂直正方向移动，平台后轴正向微调整，调整量根据垂直方向偏离中心幅度增加；按键E松开的同时右手柄4沿垂直负方向移动，平台后轴反向微调整，调整量根据垂直方向偏离中心幅度增加；对于有中轴的平台，按键E松开的同时右手柄4沿旋转正方向移动，平台中轴正向微调整，调整量根据旋转方向偏离中心幅度增加；按键E松开的同时右手柄4沿旋转负方向移动，平台中轴反向微调整，调整量根据旋转方向偏离中心幅度增加；

轴边模式控制是控制平台左边轴或者右边轴的正向抬起和反向降低，以实现平台左、右高度的调整；按键E按下的同时右手柄4沿水平正方向移动，平台右边轴正向微调整，调整量根据水平方向偏离中心幅度增加；按键E按下的同时右手柄4沿水平负方向移动，平台右边轴反向微调整，调整量根据水平方向偏离中心幅度增加；按键E按下的同时右手柄4沿垂直正方向移动，平台左边轴正向微调整，调整量根据垂直方向偏离中心幅度增加；按键E按下的同时右手柄4沿垂直负方向移动，平台左边轴反向微调整，调整量根据垂直方向偏离中心幅度增加；

预设姿态动作控制是预定设定的动作序列组合，只需要一个控制按键即可完成越壕沟、上下垂直墙、涉水等预先设定特殊姿态动作控制，遥控器主要预设了4个姿态控制模式，分别对应右手柄4上的按键A、B、C、D，比如右手柄4上的按键A按下，平台越壕沟模式姿态模式开启，按键A松开，平台越壕沟模式姿态模式关闭；结合触摸显示屏上的虚拟按键的扩展，操作者也可以根据平台需求自定义姿态动作模式。

(5)平台急停控制：对应遥控面板1安装的急停开关8。急停开关8按下，平台进行急停动作；急停开关8松开，平台解除急停动作。

(6)平台上下电控制：对应遥控面板1安装的触摸显示屏虚拟按键。虚拟按键按下，平台进行上电动作；虚拟按键松开，平台进行下电动作。

(7)平台载荷控制：对应遥控面板1安装的左手柄4的旋转方向和触摸显示屏虚拟按键。根据平台搭载的不同任务载荷的控制需求，可编程设置左手柄4旋转方向和触摸显示屏虚拟按键的控制指令定义。

图6是具体实施例的工作流程。工作时，操作人员首先启动遥控器的电源开关，遥控器进行上电初始化；遥控器和平台无线通讯模块建立数据连接后，遥控器显示屏显示建立连接状态，这时操作人员可以遥控平台进行上电，平台上电进行设备初始化完成后，反馈状态信息到遥控器的显示屏，这时操作人员可以根据平台反馈的状态信息进行遥控平台动作指令控制，包括平台行走、转向、声光的常规控制和平台姿态、载荷、急停的特殊控制；工作完成后，操作人员遥控平台进行下电，遥控器和平台无线通讯模块断开数据连接，最后操作人员关闭遥控器的电源开关，遥控器下电，工作流程结束。

Claims (6)

1.一种高机动地面无人平台的遥控器，其特征在于：包括由外壳和遥控面板组成的整机，在所述的遥控面板上安装有左、右手柄、电源开关和急停开关，所述的左、右手柄均具有水平、垂直和旋转三个运动维度，在左、右手柄上还分别设有多个复合控制按键，通过左手柄与多个复合控制按键的组合完成无人平台的行走、转向、灯光和喇叭的动作控制，通过右手柄与多个复合控制按键的组合完成无人平台的姿态动作控制，在所述的外壳内部设置有主控制板，所述的主控制板采集手柄的运动状态信号和复合控制按键、电源开关和急停开关状态信号并转换为对应的状态数据，主控制板中设有预设程序，由预设程序将手柄运动状态数据和复合控制按键、电源开关和急停开关状态数据解析为地面无人平台的控制指令数据，并由主控制板将控制指令数据无线传输至地面无人平台。

2.根据权利要求1所述的一种高机动地面无人平台的遥控器，其特征在于：在所述的遥控面板上还安装有显示屏和指示灯，所述的显示屏和指示灯均与主控制板连接。

3.根据权利要求2所述的一种高机动地面无人平台的遥控器，其特征在于：所述的主控制板包括有处理器、按键和开关信号采集模块、手柄运动信号采集模块、声光信号输出模块、显示屏驱动输出模块和无线通讯模块，所述的按键和开关信号采集模块采集多个复合控制按键、急停开关和电源开关的状态信号，所述的手柄运动信号采集模块采集左、右手柄的运动状态信号，按键和开关信号采集模块、手柄运动信号采集模块采集的信号分别送入处理器，由处理器转换为数据后进行解析，解析得到的控制指令数据由无线通讯模块发送至地面无人平台，所述的处理器通过显示屏驱动输出模块与显示屏连接，处理器通过声光信号输出模块与指示灯连接。

4.根据权利要求1所述的一种高机动地面无人平台的遥控器，其特征在于：在所述的外壳内部还安装有电源模块。

5.一种高机动地面无人平台的遥控器的遥控方法，其特征在于：通过对左、右手柄以及多个复合控制按键的操作，实现对地面无人平台行走、转向、声光、姿态、急停和载荷的控制，具体如下：

行走控制：主控制板采集左手柄上其中一个复合控制按键的状态信号以及左手柄在垂直方向的运动状态信号，并转换为按键的状态数据和左手柄在垂直方向的运动状态数据，并将按键的状态数据和左手柄在垂直方向的运动状态数据解析为地面无人平台的行进、倒车和刹车的控制指令数据，实现对地面无人平台的行进、倒车和刹车的控制；

转向控制：主控制板采集左手柄在水平方向的运动状态信号，并转换为左手柄在水平方向的运动状态数据，并将左手柄在水平方向的运动状态数据解析为地面无人平台的转向的控制指令数据，实现对地面无人平台的转向的控制；

声光控制：主控制板采集左手柄上面其余多个复合控制按键状态信号，并转换为左手柄上面其余多个复合控制按键状态数据，并将左手柄上面其余多个复合控制按键状态数据解析为地面无人平台的转向灯、大灯和喇叭的控制指令数据，实现对地面无人平台的转向灯、大灯和喇叭的控制；

姿态控制：主控制板采集右手柄的水平、垂直、旋转三个方向的运动状态信号和右手柄上的多个复合控制按键状态信号，并转换为右手柄的水平、垂直、旋转三个方向的运动状态数据和右手柄上的多个复合控制按键状态数据，并将右手柄的水平、垂直、旋转三个方向的运动状态数据和右手柄上的多个复合控制按键状态数据解析为地面无人平台的姿态动作的控制指令数据，实现对地面无人平台的姿态动作的控制；

急停控制：主控制板采集急停开关的状态信号，并转换为急停开关的状态数据，并将急停开关的状态数据解析为地面无人平台的急停的控制指令数据，实现对地面无人平台的紧急情况下的停止的控制；

载荷控制：主控制板采集左手柄旋转方向的运动状态信号和触摸显示屏虚拟按键的操作的状态信号，并转换为左手柄旋转方向的运动状态数据和触摸显示屏虚拟按键的操作的状态数据，并将左手柄旋转方向的运动状态数据和触摸显示屏虚拟按键的操作的状态数据解析为地面无人平台的荷载的控制指令数据，实现对地面无人平台的荷载的控制。

6.根据权利要求5所述的一种高机动地面无人平台的遥控器的遥控方法，其特征在于：所述的姿态动作的控制包括：轴间模式控制、轴边模式控制和预设姿态动作控制；所述的轴间模式控制是控制平台前轴、中轴或者后轴的正向抬起和反向降低，以实现平台前、中、后高度的调整；轴边模式控制是控制平台左边轴或者右边轴的正向抬起和反向降低，以实现平台左、右高度的调整；预设姿态动作控制是预定设定的动作序列组合，只需要一个控制按键即可完成预先设定特殊姿态动作控制，结合触摸显示屏上的虚拟按键的扩展，根据平台需求自定义姿态动作模式。