CN110440641B - 一种智能自平衡移动机器人靶及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智能自平衡移动机器人靶及其控制方法，该机器人靶由二轮自平衡移动平台、3D人型靶、射击感应装置和标靶翻转装置组成；3D人型靶通过标靶翻转装置设置在二轮自平衡移动平台的顶部，射击感应装置设在二轮自平衡移动平台的上或3D人型靶上；二轮自平衡移动平台负责机器人靶的运动速度、方向和姿态，3D人型靶负责模拟人型并承受射击伤害，射击感应装置负责接收并反馈射击信号，标靶翻转装置负责通过带动3D人型靶倾倒以模拟机器人靶的“中弹身亡”。本发明具有人类运动仿生功能和模拟中弹功能，且转弯灵活性强，非常适用于军队、公安及武警系统的射击训练，可有效提高受训人员处置突发事件的技战水平。

Description

一种智能自平衡移动机器人靶及其控制方法

技术领域

本发明属于移动机器人应用领域，具体涉及一种智能自平衡移动机器人靶及其控制方法。

背景技术

轻武器实弹射击训练是中国人民解放军及公安、武警系统常态化训练中的不可或缺的科目。目前主要采取以下训练方法：

（1）固定靶标射击训练：在一定的距离上放置固定靶标，靶标位置不能移动，但可以隐显，受训练人员通过直接射击固定靶标进行射击训练，报靶方式可以以精度和命中报靶，是一种基础性单向射击。而由于固定靶标的位置固定不动，只能隐显，因此受训人员经过长时间训练后可以通过形成肌肉记忆，从而轻松应对固定靶标射击训练。

（2）运动靶标射击训练：在一定的距离上设置运动靶标，靶标能按照规定的直线和速度运动，受训练人员通过直接射击运动靶标进行射击训练，报靶方式可以以精度和命中报靶，是一种在固定靶标射击训练基础上的进阶型单向射击。而运动靶标虽然相对于固定靶标可以移动，但由于运动靶标的运动路线和速度固定，具备可预测性，因此受训人员经过长时间训练后可以形成惯性预瞄点，便于瞄准射击，从而可以较为轻松地应对运动靶标射击训练。

由此可以看出，现有射击训练所采用固定靶或者直线运动靶均缺乏灵活性，不能有效模拟出如恐怖袭击、持枪抢劫等突发现场的复杂、混乱且随机的真实状况，因此从本质上来说无法有效提高受训人员的射击水平。虽然目前市面上已经出现了部分可自由的移动机器人靶，但这些移动机器人靶均为四轮驱动，转弯灵活性仍然不强，且这些移动机器人靶均采用平面靶，仿真度偏低，因此也不能完全适用于战术性对抗训练。

发明内容

针对上述现有技术中存在的问题，本发明旨在提供一种智能自平衡移动机器人靶及其控制方法，具有人类运动仿生功能和模拟中弹功能，且转弯灵活性强，适用于军队、公安及武警系统的射击训练，提高受训人员处置突发事件的技战水平。

为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：

一种智能自平衡移动机器人靶，由二轮自平衡移动平台、3D人型靶、射击感应装置和标靶翻转装置组成；所述3D人型靶通过所述标靶翻转装置设置在所述二轮自平衡移动平台的顶部，所述射击感应装置设置在所述二轮自平衡移动平台或所述3D人型靶上；其中，所述二轮自平衡移动平台负责所述智能自平衡移动机器人靶的运动速度、方向、姿态以及射击信号的计算；所述3D人型靶负责模拟人型并承受射击伤害；所述射击感应装置负责接收并反馈射击信号；所述标靶翻转装置负责通过带动所述3D人型靶倾倒以模拟所述智能自平衡移动机器人靶的“中弹身亡”；

所述二轮自平衡移动平台包括一个壳体，所述壳体内的下部左右相对地设置有第一行走电机和第二行走电机，所述第一行走电机和所述第二行走电机的电机轴上分别设置有第一减速机和第二减速机，所述第一减速机和所述第二减速机分别通过第一轴套和第二轴套与位于所述壳体外部左右两侧的第一行走轮和第二行走轮连接；

所述壳体内设置有至少一个工控机、至少一块控制板、重心调整机构和电池，所述壳体的内部或表面设置有所述标靶翻转装置、视觉传感器、激光导航传感器、避障传感器和充电接口；其中，所述视觉传感器、所述激光导航传感器和所述避障传感器位于所述壳体的四周，所述充电接口位于所述壳体前侧面或后侧面的下部；

所述标靶翻转装置包括翻转驱动电机、翻转传动机构和翻转平台，所述翻转驱动电机和所述翻转传动机构设置在所述壳体的内部或表面，所述翻转传动机构分别与所述翻转驱动电机及所述翻转平台连接，所述3D人型靶安装在所述翻转平台上，所述翻转驱动电机通过所述翻转传动机构、所述翻转平台带动所述3D人型靶做倾倒翻转或竖立翻转；

所述控制板上集成有运动姿态传感器，且所述控制板分别与所述电池、所述避障传感器、所述第一行走电机、所述第二行走电机、所述翻转驱动电机和所述工控机连接，所述电池与所述充电接口连接，所述工控机分别与所述控制板、所述射击感应装置、所述视觉传感器和所述激光导航传感器连接；其中，

所述重心调整机构用于保证所述二轮自平衡移动平台装配完成后整体能够竖直立住，负责时刻调整所述二轮自平衡移动平台的重心始终处于正中的位置，防止重心偏向一侧；

所述运动姿态传感器负责获取所述二轮自平衡移动平台运动时的姿态信息；

所述视觉传感器和所述激光导航传感器负责获取所述移动机器人靶周围的环境信息；

所述避障传感器负责获取所述二轮自平衡移动平台运动时的障碍信息；

所述工控机通过网络与控制后台实现远程交互通信，负责接收运行程序并反馈射击信息；所述工控机负责接收和计算来自所述射击感应装置的射击信号，并根据射击型号的计算结果向所述控制板发送相对应的运动速度、标靶翻转控制信号；所述工控机负责接收和计算来自所述视觉传感器和所述激光导航传感器的周围环境信息，并根据周围环境信息计算出所述二轮自平衡移动平台的运动方向及速度，向所述控制板发送相对应的导航控制信号；

所述控制板负责接收和计算来自所述避障传感器的障碍信息，并根据障碍信息的计算结果迅速调整所述第一行走电机、所述第二行走电机的转动速度以实现机动避障；所述控制板负责接收和计算来自所述运动姿态传感器的姿态信息，并根据姿态信息的计算结果实时调整所述第一行走电机、所述第二行走电机的转动速度，以保证时刻平衡；所述控制板负责接收来自所述工控机的各种控制信号，并根据对应的控制信号分别控制所述第一行走电机、所述第二行走电机的转动速度，或控制所述翻转驱动电机的翻转方向，以实现移动机器人的类人运动；所述控制板负责监测所述电池的实时电压并做出低电压报警响应；

所述电池负责直接或通过电源转换模块为所述第一行走电机、所述第二行走电机、所述翻转驱动电机、所述射击感应装置、所述视觉传感器、所述激光导航传感器、所述避障传感器、所述运动姿态传感器、所述工控机和所述控制板供电；

所述充电接口负责为所述电池提供外充接口。

进一步的，所述标靶翻转装置还包括负责限制所述翻转驱动电机反转角度的双向光电开关，所述双向光电开关设置在所述壳体的内部或表面，且与所述控制板连接，且由所述电池直接或经电源转换模块供电；所述3D人型靶处于竖直状态时，所述双向光电开关的一端被遮挡关闭，另一端无遮挡打开，所述3D人型靶处于倾倒状态时，所述双向光电开关的一端无遮挡打开，另一端被遮挡关闭。

进一步的，所述翻转传动机构由翻转主动轮、翻转从动轮、翻转轴和两个轴承座组成，两个所述轴承座分别与所述壳体连接，所述翻转轴的两端分别设置在两个所述轴承座中，所述翻转从动轮套设在所述翻转轴上，所述翻转主动轮套设在所述翻转驱动电机的电机轴上，所述翻转主动轮与所述翻转从动轮啮合，所述翻转平台设置在所述翻转轴上，用于承载所述3D人型靶。

进一步的，所述壳体的前、后两侧分别通过倾斜支架设置有辅助轮，以防止所述二轮自平衡移动平台因紧急停止而导致的倾倒，并且便于在智能自平衡移动机器人靶不使用时的固定安放。

进一步的，所述壳体采用防弹材料，且所述二轮自平衡移动平台所有外露的部件均设置有具有防弹功能的防护罩，以防止被子弹击穿。

进一步的，所述壳体的外部设置有用于接收遥控器遥控信号的天线，所述天线与所述控制板连接，所述遥控器通过所述天线手动遥控控制所述二轮自平衡移动平台的移动方向和速度。

进一步的，所述壳体内还设置有用于电压转换的第一电池转换模块和第二电池转换模块，所述第一电池转换模块或所述第二电池转换模块分别与电池连接，用于将所述电池的电压转换为所述翻转驱动电机、所述射击感应装置、所述视觉传感器、所述激光导航传感器、所述避障传感器、所述工控机等适用的电压。

进一步的，所述射击感应装置为一个可设置感应范围的激波报靶传感器，所述激波报靶传感器与所述工控机连接，由所述电池供电，所述激波报靶传感器设置在所述壳体或所述3D人型靶上的任意位置，用于形成以所述3D人型靶为基准的有效感应范围，以模拟出可中弹区域，并负责接收来自受训人员的射击信号以及负责向所述工控机反馈中弹情况。

进一步的，所述射击感应装置为若干个与所述工控机连接的压电式传感器，由所述电池直接或经电源转换模块供电，所述压电式传感器通过一个人模皮套均匀且密集地布设在所述3D人型靶的表面，形成以所述3D人型靶为基准的有效感应范围，以模拟出可中弹区域，并负责接收来自受训人员的射击信号以及负责向所述工控机反馈中弹情况。

进一步的，智能自平衡移动机器人靶还包括一个或多个LED灯珠，所述LED灯珠与所述工控机连接，由所述电池直接或经电源转换模块供电，所述LED灯珠设置在所述壳体或所述3D人型靶上的任意位置，用于作为模拟身份的识别。

进一步的，智能自平衡移动机器人靶还包括一个激光信号发射装置，所述激光信号发射装置与所述工控机或所述控制板连接，由所述电池直接或经电源转换模块后供电，所述激光信号发射装置设置在所述壳体或所述3D人型靶的前侧面，用于模拟匪徒的射击。

一种智能自平衡移动机器人靶的控制方法，包括以下步骤：

1）当智能自平衡移动机器人靶启动后，所述工控机与所述射击感应装置、所述视觉传感器、所述激光导航传感器、所述控制板之间的控制信号连通，所述控制板与所述工控机、所述避障传感器、所述第一行走电机、所述第二行走电机、翻转驱动电机之间的控制信号连通，智能自平衡移动机器人靶进入初始化准备状态，3D人型靶保持竖直状态；

2）当所述工控机通过网络接收到来自控制后台的训练程序后，所述工控机根据控制后台的指令，并结合来自所述视觉传感器和所述激光导航传感器的导航信号，通过所述控制板控制所述第一行走电机和所述第二行走电机的转速，使得智能自平衡移动机器人靶按照不超越模拟射击场范围且互不相撞的原则下自由活动；

3）所述控制板根据来自所述运动姿态传感器的姿态信号，所述控制板通过内部控制算法时刻调整所述第一行走电机和所述第二行走电机的转速，实时纠正智能自平衡移动机器人靶的运动姿态，确保智能自平衡自平衡移动机器人靶在前进、后退或转弯时始终处于平衡状态；

4）当在智能自平衡移动机器人靶行进路线上遇到障碍物阻挡时，所述工控机根据所述激光导航传感器采集到的障碍物信息，及早规划避开障碍物的路径，并通过所述控制板控制所述第一行走电机和所述第二行走电机的转速，使智能自平衡移动机器人靶按照新路径运动；

5）当在智能自平衡移动机器人靶行进路线上遇到障碍物阻挡时，所述控制板根据来自避障传感器的避障信号，通过所述控制板控制所述第一行走电机和所述第二行走电机的转速，随即控制智能自平衡移动机器人靶机动避让，避免发生碰撞；

6）当受训人员在训练时击中移动中的智能自平衡移动机器人靶的所述3D人型靶时，所述射击感应装置同时产生中弹感应，并根据中弹感应部位向所述工控机做出一次报靶；具体感应方式如下：

若所述射击感应装置为设置所述二轮自平衡移动平台或所述3D人型靶上任意位置的激波报靶传感器时，所述激波报靶传感器根据所述3D人型靶的外型形成一定的报靶范围，以模拟出人体的有效射击区域；当子弹击中所述3D人型靶时，子弹同时穿过所述激波报靶传感器的感应范围，所述激波报靶传感器随即产生中弹感应，并根据中弹感应部位向所述工控机做出一次报靶；

若所述射击感应装置为若干个均匀且密集布设在所述3D人型靶上的压电式传感器时，所有所述压电式传感器根据所述3D人型靶的外型形成以所述3D人型靶为基准的有效感应范围，以模拟出可中弹区域；当子弹击中所述3D人型靶时，子弹同时接触到某个所述压电式传感器，所述压电式传感器随即产生中弹感应，并根据中弹感应部位向所述工控机做出一次报靶；

7）所述工控机根据来自所述射击感应装置的报靶信息，判定智能自平衡移动机器人靶的伤亡情况，并根据伤亡情况控制智能自平衡移动机器人靶的运动状态；具体控制方法如下：

若被击中部位为非致命部位，智能自平衡移动机器人靶被判定为“中弹受伤”，所述工控机则通过所述控制板控制所述第一行走电机和所述第二行走电机的减速，以降低智能自平衡移动机器人靶的移动速度，以模拟受伤；

若被击中部位为致命部位，智能自平衡移动机器人靶被判定为“中弹身亡”，所述工控机则通过所述控制板控制所述第一行走电机和所述第二行走电机的停止转动，以停止智能自平衡移动机器人靶的移动，同时所述工控机则通过所述控制板控制所述翻转驱动电机倾倒翻转，从而带动所述3D人型靶向后倾倒，以模拟死亡；

8）当训练结束后，所述工控机和所述控制板控制智能自平衡移动机器人靶回到初始化准备状态，同时所述工控机将所有报靶信息通过网络反馈至控制后台；

9）当所述控制板检测到智能自平衡移动机器人靶的所述电池的电量不足时，会以语音、灯光、界面显示的方式提醒用户为智能自平衡移动机器人靶进行充电。

进一步的，当所述工控机通过网络接收到来自控制后台的训练程序后，所述工控机根据训练程序中所含的身份设定信息，控制位于所述二轮自平衡移动平台或所述3D人型靶上任意位置的LED灯珠亮起或熄灭，以作为不同模拟身份的区分。

进一步的，在智能自平衡移动机器人靶移动的过程中，所述工控机根据训练程序中所含的身份设定信息，控制位于所述二轮自平衡移动平台或所述3D人型靶上激光信号发射装置不定时地朝受训人员发射激光信号，以模拟反击。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明采用二轮运动实现自平衡，且两个行走轮分别具备独立的驱动机构，不仅转弯更加灵活，而且使得机器人靶具有更好的类人运动效果，向前加速时整个机器人靶前倾，减速时整个机器人靶后倾；本发明采用激光导航、视觉传感以及避障传感等多重导航手段，实现机器人靶的自由移动，避免机器人靶之间的相互碰撞；本发明采用智能报靶系统，可以对每次有效射击做出及时感应，并进行精准的报靶；本发明采用中弹反馈模拟系统以模拟人中弹后的真实运动效果，对于击中非致命部位时，机器人靶运动速度减慢，对于击中致命部位时，机器人靶运动停止，且3d人模倾倒；由此可以看出，本发明具有人类运动仿生功能和模拟中弹功能，且转弯灵活性强，非常适用于军队、公安及武警系统的射击训练，可有效提高受训人员处置突发事件的技战水平。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明。本发明的具体实施方式由以下实施例及其附图详细给出。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明智能自平衡移动机器人靶的整体结构立体图；

图2为本发明的二轮自平衡移动平台及标靶翻转装置的侧视图；

图3为本发明的二轮自平衡移动平台及标靶翻转装置的正视图；

图4为本发明的标靶翻转装置在除去翻转板后的俯视图；

图5为本发明的二轮自平衡移动平台壳体内部上层结构的俯视图；

图6为本发明的二轮自平衡移动平台壳体内部下层机构的俯视图；

图7为本发明的二轮自平衡移动平台的驱动系统的剖视图；

图8为本发明的LED灯珠、压电式传感器及激光信号发射装置在3D人型靶上的一种设置方式的示意图；

图9为本发明智能自平衡移动机器人靶的信号电路及控制电路示意图；

图10为图9的第一种实施例的信号电路及控制电路示意图；

图11为图9的第二种实施例的信号电路及控制电路示意图；

图12为图9的第三种实施例的信号电路及控制电路示意图。

具体实施方式

下面将参考附图并结合实施例，来详细说明本发明。

参见图1所示，一种智能自平衡移动机器人靶，由二轮自平衡移动平台1、3D人型靶2、射击感应装置3和标靶翻转装置4组成；所述3D人型靶2通过所述标靶翻转装置4设置在所述二轮自平衡移动平台1的顶部，所述射击感应装置3设置在所述二轮自平衡移动平台1或所述3D人型靶2上；其中，所述二轮自平衡移动平台1负责所述智能自平衡移动机器人靶的运动速度、方向、姿态以及射击信号的计算；所述3D人型靶2负责模拟人型并承受射击伤害；所述射击感应装置3负责接收并反馈射击信号；所述标靶翻转装置4负责通过带动所述3D人型靶2倾倒以模拟所述智能自平衡移动机器人靶的“中弹身亡”。

参见图5-7所示，所述二轮自平衡移动平台1包括一个壳体101，所述壳体101内的下部左右相对地设置有第一行走电机102和第二行走电机103，所述第一行走电机102和所述第二行走电机103的电机轴上分别设置有第一减速机104和第二减速机105，所述第一减速机104和所述第二减速机105分别通过第一轴套106和第二轴套107与位于所述壳体101外部左右两侧的第一行走轮108和第二行走轮109连接；所述壳体101内的上部通过安装板110设置有工控机111、控制板112、第一电池转换模块113、第二电池转换模块114和重心调整机构116，所述控制板112上集成有运动姿态传感器115。

参见图1-3所示，所述壳体101的外表面设置有天线117、视觉传感器118、激光导航传感器119、避障传感器120和充电接口121，其中，所述视觉传感器118、所述激光导航传感器119和所述避障传感器120位于所述壳体101的四周，所述充电接口121位于所述壳体101前侧面或后侧面的下部，所述天线117位于所述壳体101外表面的任意位置。

参见图2-4所示，所述标靶翻转装置4包括翻转驱动电机401、翻转传动机构和翻转平台402，所述翻转驱动电机401和所述翻转传动机构均设置在所述壳体101的上平面，所述翻转传动机构分别与所述翻转驱动电机401及所述翻转平台402连接，所述3D人型靶2安装在所述翻转平台402上，所述翻转驱动电机401通过所述翻转传动机构、所述翻转平台402带动所述3D人型靶2做倾倒翻转或竖立翻转；

参见图9所示，所述控制板112分别与所述电池125、所述避障传感器120、所述第一行走电机102、所述第二行走电机103、所述翻转驱动电机401、所述工控机111、所述天线117，所述工控机111分别与所述控制板112、所述射击感应装置3、所述视觉传感器118和所述激光导航传感器119连接；

所述重心调整机构116可以是一种用于保证所述二轮自平衡移动平台1装配完成后整体能够竖直立住的纯机械部件，负责时刻调整所述二轮自平衡移动平台1的重心始终处于正中的位置，防止重心偏向一侧；

所述运动姿态传感器115负责获取所述二轮自平衡移动平台1运动时的姿态信息；

所述视觉传感器118和所述激光导航传感器119负责获取所述移动机器人靶周围的环境信息；

所述避障传感器120负责获取所述二轮自平衡移动平台1运动时的障碍信息；

所述天线117用于接收遥控器遥控信号，所述二轮自平衡移动平台1通过所述天线117实现所述遥控器对其移动方向和速度的手动控制；

所述第一电源转换模块113和所述第二电源转换模块114用于将所述电池125的电压转换为所述翻转驱动电机401、所述射击感应装置3、所述视觉传感器118、所述激光导航传感器119、所述避障传感器120、所述工控机111等适用的电压；

所述工控机111通过网络与控制后台实现远程交互通信，负责接收运行程序并反馈射击信息；所述工控机111负责接收和计算来自所述射击感应装置3的射击信号，并根据射击型号的计算结果向所述控制板112发送相对应的运动速度、标靶翻转控制信号；所述工控机111负责接收和计算来自所述视觉传感器118和所述激光导航传感器119的周围环境信息，并根据周围环境信息计算出所述二轮自平衡移动平台1的运动方向及速度，向所述控制板112发送相对应的导航控制信号；

所述控制板112负责接收和计算来自所述避障传感器120的障碍信息，并根据障碍信息的计算结果迅速调整所述第一行走电机102、所述第二行走电机103的转动速度以实现机动避障；所述控制板负责接收和计算来自所述运动姿态传感器115的姿态信息，并根据姿态信息的计算结果实时调整所述第一行走电机102、所述第二行走电机103的转动速度，以保证时刻平衡；所述控制板112负责接收来自所述工控机111的各种控制信号，并根据对应的控制信号分别控制所述第一行走电机102、所述第二行走电机103的转动速度，或控制所述翻转驱动电机401的翻转方向，以实现移动机器人的类人运动；所述控制板112负责监测所述电池125的实时电压并做出低电压报警响应；

参见图6和图9所示，所述壳体101的内部还设置有电池125，所述电池125分别与所述控制板112和所述充电接口121连接，所述电池125负责直接为所述第一行走电机102、所述第二行走电机103、所述控制板112供电，同时负责经所述第一电源转换模块113和所述第二电源转换模块114电压转换后为所述翻转驱动电机401、所述射击感应装置3、所述视觉传感器118、所述激光导航传感器119、所述避障传感器120和所述工控机111等供电。

进一步的，参见图1、2、4、9所示，所述标靶翻转装置4还包括负责限制所述翻转驱动电机401反转角度的双向光电开关403，所述双向光电开关403设置在所述壳体101上平面，与所述控制板112连接，且由所述电池125经所述第一电源转换模块113或所述第二电源转换模块114电压转换后供电；所述3D人型靶2处于竖直状态时，所述双向光电开关403的一端被遮挡关闭，另一端无遮挡打开，所述3D人型靶2处于倾倒状态时，所述双向光电开关403的一端无遮挡打开，另一端被遮挡关闭。

进一步的，参见图2-4所示，所述翻转传动机构由翻转主动轮404、翻转从动轮405、翻转轴406和两个轴承座407组成，两个所述轴承座407分别位于所述壳体101上平面的左右两侧，所述翻转轴406的两端分别设置在两个所述轴承座407中，所述翻转从动轮405套设在所述翻转轴406上，所述翻转主动轮404套设在所述翻转驱动电机401的电机轴上，所述翻转主动轮404与所述翻转从动轮405啮合，所述翻转平台402设置在所述翻转轴406上，用于承载所述3D人型靶2。

进一步的，参见图1-3所示，所述壳体101的前、后两侧分别通过倾斜支架122设置有辅助轮123，以防止所述二轮自平衡移动平台1因紧急停止而导致的倾倒，并且便于在智能自平衡移动机器人靶不使用时的固定安放。

进一步的，所述壳体101采用防弹材料，且所述二轮自平衡移动平台1所有外露的部件均设置有具有防弹功能的防护罩，以防止被子弹击穿。

进一步的，参见图图1-3和图10所示，所述射击感应装置3为一个可设置感应范围的激波报靶传感器3a，所述激波报靶传感器3a与所述工控机111连接，由所述电池125或经电压转换模块供电，所述激波报靶传感器3a设置在所述壳体101或所述3D人型靶2上的任意位置，用于形成以所述3D人型靶2为基准的有效感应范围，以模拟出可中弹区域，并负责接收来自受训人员的射击信号以及负责向所述工控机111反馈中弹情况。

进一步的，参见图8和图11所示，所述射击感应装置3为若干个与所述工控机111连接的压电式传感器3b，由所述电池125或经电压转换模块供电，所述压电式传感器3b通过一个人模皮套均匀且密集地布设在所述3D人型靶2的表面，形成以所述3D人型靶2为基准的有效感应范围，以模拟出可中弹区域，并负责接收来自受训人员的射击信号以及负责向所述工控机111反馈中弹情况。

进一步的，参见图8和图9所示，智能自平衡移动机器人靶还包括一个或多个LED灯珠5，所述LED灯珠5与所述控制板112连接，由所述电池125或经电压转换模块供电，所述LED灯珠5设置在所述壳体101或所述3D人型靶2上的任意位置，用于作为模拟身份的识别。

进一步的，参见图8和12所示，智能自平衡移动机器人靶还包括一个激光信号发射装置6，所述激光信号发射装置6与所述工控机111或所述控制板112连接，由所述电池125或经电压转换模块供电，所述激光信号发射装置6设置在所述壳体101或所述3D人型靶2的前侧面，用于模拟匪徒的射击。

一种智能自平衡移动机器人靶的控制方法，包括以下步骤：

1）当智能自平衡移动机器人靶启动后，所述工控机111与所述射击感应装置3、所述视觉传感器118、所述激光导航传感器119、所述控制板112之间的控制信号连通，所述控制板112与所述工控机111、所述避障传感器120、所述第一行走电机102、所述第二行走电机103、翻转驱动电机401之间的控制信号连通，智能自平衡移动机器人靶进入初始化准备状态，3D人型靶2保持竖直状态；

2）当所述工控机111通过网络接收到来自控制后台的训练程序后，所述工控机111根据训练程序中所含的身份设定信息，控制位于所述二轮自平衡移动平台1或所述3D人型靶2上任意位置的LED灯珠5亮起或熄灭，以作为不同模拟身份的区分；

3）模拟身份确定后，所述工控机111根据控制后台的指令，并结合来自所述视觉传感器118和所述激光导航传感器119的导航信号，通过所述控制板112控制所述第一行走电机102和所述第二行走电机103的转速，使得智能自平衡移动机器人靶按照不超越模拟射击场范围且互不相撞的原则下自由活动；

4）所述控制板112根据来自所述运动姿态传感器115的姿态信号，所述控制板112通过内部控制算法时刻调整所述第一行走电机102和所述第二行走电机103的转速，实时纠正智能自平衡移动机器人靶的运动姿态，确保智能自平衡自平衡移动机器人靶在前进、后退或转弯时始终处于平衡状态；

5）当在智能自平衡移动机器人靶行进路线上遇到障碍物阻挡时，所述工控机111根据所述激光导航传感器119采集到的障碍物信息，及早规划避开障碍物的路径，并通过所述控制板112控制所述第一行走电机102和所述第二行走电机103的转速，使智能自平衡移动机器人靶按照新路径运动；

6）当在智能自平衡移动机器人靶行进路线上遇到障碍物阻挡时，所述控制板112根据来自避障传感器120的避障信号，通过所述控制板112控制所述第一行走电机102和所述第二行走电机103的转速，随即控制智能自平衡移动机器人靶机动避让，避免发生碰撞；

7）当受训人员在训练时击中移动中的智能自平衡移动机器人靶的所述3D人型靶2时，所述射击感应装置3同时产生中弹感应，并根据中弹感应部位向所述工控机111做出一次报靶；具体感应方式如下：

若所述射击感应装置3为设置所述二轮自平衡移动平台1或所述3D人型靶2上任意位置的激波报靶传感器3a时，所述激波报靶传感器3a根据所述3D人型靶2的外型形成一定的报靶范围，以模拟出人体的有效射击区域；当子弹击中所述3D人型靶2时，子弹同时穿过所述激波报靶传感器3a的感应范围，所述激波报靶传感器3a随即产生中弹感应，并根据中弹感应部位向所述工控机111做出一次报靶；

若所述射击感应装置3为若干个均匀且密集布设在所述3D人型靶2上的压电式传感器3b时，所有所述压电式传感器3b根据所述3D人型靶2的外型形成以所述3D人型靶2为基准的有效感应范围，以模拟出可中弹区域；当子弹击中所述3D人型靶2时，子弹同时接触到某个所述压电式传感器3b，所述压电式传感器3b随即产生中弹感应，并根据中弹感应部位向所述工控机111做出一次报靶；

8）所述工控机111根据来自所述射击感应装置3的报靶信息，判定智能自平衡移动机器人靶的伤亡情况，并根据伤亡情况控制智能自平衡移动机器人靶的运动状态；具体控制方法如下：

若被击中部位为非致命部位，智能自平衡移动机器人靶被判定为“中弹受伤”，所述工控机111则通过所述控制板112控制所述第一行走电机102和所述第二行走电机103的减速，以降低智能自平衡移动机器人靶的移动速度，以模拟受伤；

若被击中部位为致命部位，智能自平衡移动机器人靶被判定为“中弹身亡”，所述工控机111则通过所述控制板112控制所述第一行走电机102和所述第二行走电机103的停止转动，以停止智能自平衡移动机器人靶的移动，同时所述工控机111则通过所述控制板112控制所述翻转驱动电机401倾倒翻转，从而带动所述3D人型靶2向后倾倒，以模拟死亡；

9）在智能自平衡移动机器人靶移动的过程中，所述工控机111根据训练程序中所含的身份设定信息，控制位于所述二轮自平衡移动平台1或所述3D人型靶2上激光信号发射装置6不定时地朝受训人员发射激光信号，以模拟反击；

10）当训练结束后，所述工控机111和所述控制板112控制智能自平衡移动机器人靶回到初始化准备状态，同时所述工控机111将所有报靶信息通过网络反馈至控制后台；

11）当所述控制板112检测到智能自平衡移动机器人靶的所述电池125的电量不足时，会以语音、灯光、界面显示的方式提醒用户为智能自平衡移动机器人靶进行充电。

上述实施例只是为了说明本发明的技术构思及特点，其目的是在于让本领域内的普通技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡是根据本发明内容的实质所作出的等效的变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种智能自平衡移动机器人靶，其特征在于：由二轮自平衡移动平台（1）、3D人型靶（2）、射击感应装置（3）和标靶翻转装置（4）组成；所述3D人型靶（2）通过所述标靶翻转装置（4）设置在所述二轮自平衡移动平台（1）的顶部，所述射击感应装置（3）设置在所述二轮自平衡移动平台（1）或所述3D人型靶（2）上；其中，所述二轮自平衡移动平台（1）负责所述智能自平衡移动机器人靶的运动速度、方向、姿态以及射击信号的计算；所述3D人型靶（2）负责模拟人型并承受射击伤害；所述射击感应装置（3）负责接收并反馈射击信号；所述标靶翻转装置（4）负责通过带动所述3D人型靶（2）倾倒以模拟所述智能自平衡移动机器人靶的“中弹身亡”；所述二轮自平衡移动平台（1）包括一个壳体（101），所述壳体（101）内的下部左右相对地设置有第一行走电机（102）和第二行走电机（103），所述第一行走电机（102）和所述第二行走电机（103）的电机轴上分别设置有第一减速机（104）和第二减速机（105），所述第一减速机（104）和所述第二减速机（105）分别通过第一轴套（106）和第二轴套（107）与位于所述壳体（101）外部左右两侧的第一行走轮（108）和第二行走轮（109）连接；

所述壳体（101）内设置有至少一个工控机（111）、至少一块控制板（112）和电池（125），所述壳体（101）的内部或表面设置有所述标靶翻转装置（4）、视觉传感器（118）、激光导航传感器（119）、避障传感器（120）和充电接口（121）；

所述标靶翻转装置（4）包括翻转驱动电机（401）、翻转传动机构和翻转平台（402），所述翻转驱动电机（401）和所述翻转传动机构设置在所述壳体（101）的内部或表面，所述翻转传动机构分别与所述翻转驱动电机（401）及所述翻转平台（402）连接，所述3D人型靶（2）安装在所述翻转平台（402）上，所述翻转驱动电机（401）通过所述翻转传动机构、所述翻转平台（402）带动所述3D人型靶（2）做倾倒翻转或竖立翻转；

所述控制板（112）上集成有运动姿态传感器（115），且所述控制板（112）分别与所述电池（125）、所述避障传感器（120）、所述第一行走电机（102）、所述第二行走电机（103）、所述翻转驱动电机（401）和所述工控机（111）连接，所述电池（125）与所述充电接口（121）连接，所述工控机（111）分别与所述控制板（112）、所述射击感应装置（3）、所述视觉传感器（118）和所述激光导航传感器（119）连接；

所述运动姿态传感器（115）负责获取所述二轮自平衡移动平台（1）运动时的姿态信息；

所述视觉传感器（118）和所述激光导航传感器（119）负责获取所述移动机器人靶周围的环境信息；

所述避障传感器（120）负责获取所述二轮自平衡移动平台（1）运动时的障碍信息；

所述工控机（111）通过网络与控制后台实现远程交互通信，负责接收运行程序并反馈射击信息；所述工控机（111）负责接收和计算来自所述射击感应装置（3）的射击信号，并根据射击型号的计算结果向所述控制板（112）发送相对应的运动速度、标靶翻转控制信号；所述工控机（111）负责接收和计算来自所述视觉传感器（118）和所述激光导航传感器（119）的周围环境信息，并根据周围环境信息计算出所述二轮自平衡移动平台（1）的运动方向及速度，向所述控制板（112）发送相对应的导航控制信号；

所述控制板（112）负责接收和计算来自所述避障传感器（120）的障碍信息，并根据障碍信息的计算结果迅速调整所述第一行走电机（102）、所述第二行走电机（103）的转动速度以实现机动避障；所述控制板负责接收和计算来自所述运动姿态传感器（115）的姿态信息，并根据姿态信息的计算结果实时调整所述第一行走电机（102）、所述第二行走电机（103）的转动速度，以保证时刻平衡；所述控制板（112）负责接收来自所述工控机（111）的各种控制信号，并根据对应的控制信号分别控制所述第一行走电机（102）、所述第二行走电机（103）的转动速度，或控制所述翻转驱动电机（401）的翻转方向，以实现移动机器人的类人运动；所述控制板（112）负责监测所述电池（125）的实时电压；

所述电池（125）负责直接或通过电源转换模块为所述第一行走电机（102）、所述第二行走电机（103）、所述控制板（112）、所述翻转驱动电机（401）、所述射击感应装置（3）、所述视觉传感器（118）、所述激光导航传感器（119）、所述避障传感器（120）和所述工控机（111）供电；

所述充电接口（121）负责为所述电池（125）提供外充接口。

2.根据权利要求1所述的智能自平衡移动机器人靶，其特征在于：所述标靶翻转装置（4）还包括负责限制所述翻转驱动电机（401）反转角度的双向光电开关（403），所述双向光电开关（403）设置在所述壳体（101）的内部或表面，且与所述控制板（112）连接，由所述电池（125）供电；所述3D人型靶（2）处于竖直状态时，所述双向光电开关（403）的一端被遮挡关闭，另一端无遮挡打开，所述3D人型靶（2）处于倾倒状态时，所述双向光电开关（403）的一端无遮挡打开，另一端被遮挡关闭。

3.根据权利要求1所述的智能自平衡移动机器人靶，其特征在于：所述翻转传动机构由翻转主动轮（404）、翻转从动轮（405）、翻转轴（406）和两个轴承座（407）组成，两个所述轴承座（407）分别与所述壳体（101）连接，所述翻转轴（406）的两端分别设置在两个所述轴承座（407）中，所述翻转从动轮（405）套设在所述翻转轴（406）上，所述翻转主动轮（404）套设在所述翻转驱动电机（401）的电机轴上，所述翻转主动轮（404）与所述翻转从动轮（405）啮合，所述翻转平台（402）设置在所述翻转轴（406）上，用于承载所述3D人型靶（2）。

4.根据权利要求1所述的智能自平衡移动机器人靶，其特征在于：所述壳体（101）的前、后两侧分别通过倾斜支架（122）设置有辅助轮（123），以防止所述二轮自平衡移动平台（1）因紧急停止而导致的倾倒，并且便于在智能自平衡移动机器人靶不使用时的固定安放。

5.根据权利要求1所述的智能自平衡移动机器人靶，其特征在于：所述壳体（101）采用防弹材料，且所述二轮自平衡移动平台（1）所有外露的部件均设置有具有防弹功能的防护罩，以防止被子弹击穿。

6.根据权利要求1所述的智能自平衡移动机器人靶，其特征在于：所述壳体（101）的外部设置有用于接收遥控器遥控信号的天线（117），所述天线（117）与所述控制板（112）连接，所述遥控器通过所述天线（117）手动遥控控制所述二轮自平衡移动平台（1）的移动方向和速度。

7.根据权利要求1所述的智能自平衡移动机器人靶，其特征在于：所述射击感应装置（3）为一个可设置感应范围的激波报靶传感器（3a），所述激波报靶传感器（3a）与所述工控机（111）连接，由所述电池（125）供电，所述激波报靶传感器（3a）设置在所述壳体（101）或所述3D人型靶（2）上的任意位置，用于形成以所述3D人型靶（2）为基准的有效感应范围，以模拟出可中弹区域，并负责接收来自受训人员的射击信号以及负责向所述工控机（111）反馈中弹情况。

8.根据权利要求1所述的智能自平衡移动机器人靶，其特征在于：所述射击感应装置（3）为若干个与所述工控机（111）连接的压电式传感器（3b），由所述电池（125）供电，所述压电式传感器（3b）通过一个人模皮套均匀且密集地布设在所述3D人型靶（2）的表面，形成以所述3D人型靶（2）为基准的有效感应范围，以模拟出可中弹区域，并负责接收来自受训人员的射击信号以及负责向所述工控机（111）反馈中弹情况。

9.一种如权利要求1所述的智能自平衡移动机器人靶的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

当智能自平衡移动机器人靶启动后，所述工控机（111）与所述射击感应装置（3）、所述视觉传感器（118）、所述激光导航传感器（119）、所述控制板（112）之间的控制信号连通，所述控制板（112）与所述工控机（111）、所述避障传感器（120）、所述第一行走电机（102）、所述第二行走电机（103）、翻转驱动电机（401）之间的控制信号连通，智能自平衡移动机器人靶进入初始化准备状态，3D人型靶（2）保持竖直状态；

当所述工控机（111）通过网络接收到来自控制后台的训练程序后，所述工控机（111）根据控制后台的指令，并结合来自所述视觉传感器（118）和所述激光导航传感器（119）的导航信号，通过所述控制板（112）控制所述第一行走电机（102）和所述第二行走电机（103）的转速，使得智能自平衡移动机器人靶按照不超越模拟射击场范围且互不相撞的原则下自由活动；

所述控制板（112）根据来自所述运动姿态传感器（115）的姿态信号，所述控制板（112）通过内部控制算法时刻调整所述第一行走电机（102）和所述第二行走电机（103）的转速，确保智能自平衡移动机器人靶在前进、后退或转弯时始终处于平衡状态；

当在智能自平衡移动机器人靶行进路线上遇到障碍物阻挡时，所述工控机（111）根据所述激光导航传感器（119）采集到的障碍物信息，及早规划避开障碍物的路径，并通过所述控制板（112）控制所述第一行走电机（102）和所述第二行走电机（103）的转速，使智能自平衡移动机器人靶按照新路径运动；

当在智能自平衡移动机器人靶行进路线上遇到障碍物阻挡时，所述控制板（112）根据来自避障传感器（120）的避障信号，通过所述控制板（112）控制所述第一行走电机（102）和所述第二行走电机（103）的转速，随即控制智能自平衡移动机器人靶机动避让，避免发生碰撞；

当受训人员在训练时击中移动中的智能自平衡移动机器人靶的所述3D人型靶（2）时，所述射击感应装置（3）同时产生中弹感应，并根据中弹感应部位向所述工控机（111）做出一次报靶；具体感应方式如下：

若所述射击感应装置（3）为设置所述二轮自平衡移动平台（1）或所述3D人型靶（2）上任意位置的激波报靶传感器（3a）时，所述激波报靶传感器（3a）根据所述3D人型靶（2）的外型形成一定的报靶范围，以模拟出人体的有效射击区域；当子弹击中所述3D人型靶（2）时，子弹同时穿过所述激波报靶传感器（3a）的感应范围，所述激波报靶传感器（3a）随即产生中弹感应，并根据中弹感应部位向所述工控机（111）做出一次报靶；

若所述射击感应装置（3）为若干个均匀且密集布设在所述3D人型靶（2）上的压电式传感器（3b）时，所有所述压电式传感器（3b）根据所述3D人型靶（2）的外型形成以所述3D人型靶（2）为基准的有效感应范围，以模拟出可中弹区域；当子弹击中所述3D人型靶（2）时，子弹同时接触到某个所述压电式传感器（3b），所述压电式传感器（3b）随即产生中弹感应，并根据中弹感应部位向所述工控机（111）做出一次报靶；

所述工控机（111）根据来自所述射击感应装置（3）的报靶信息，判定智能自平衡移动机器人靶的伤亡情况，并根据伤亡情况控制智能自平衡移动机器人靶的运动状态；具体控制方法如下：

若被击中部位为非致命部位，智能自平衡移动机器人靶被判定为“中弹受伤”，所述工控机（111）则通过所述控制板（112）控制所述第一行走电机（102）和所述第二行走电机（103）的减速，以降低智能自平衡移动机器人靶的移动速度，以模拟受伤；

若被击中部位为致命部位，智能自平衡移动机器人靶被判定为“中弹身亡”，所述工控机（111）则通过所述控制板（112）控制所述第一行走电机（102）和所述第二行走电机（103）的停止转动，以停止智能自平衡移动机器人靶的移动，同时所述工控机（111）则通过所述控制板（112）控制所述翻转驱动电机（401）倾倒翻转，从而带动所述3D人型靶（2）向后倾倒，以模拟死亡；

当训练结束后，所述工控机（111）和所述控制板（112）控制智能自平衡移动机器人靶回到初始化准备状态，同时所述工控机（111）将所有报靶信息通过网络反馈至控制后台；

当所述控制板（112）检测到所述电池（125）的电量不足时，将以语音、灯光或者界面显示的方式提醒用户为所述智能自平衡移动机器人靶进行充电。

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