CN113847841A - 一种激光对抗训练机器人靶标系统及其控制方法 - Google Patents

一种激光对抗训练机器人靶标系统及其控制方法 Download PDF

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Abstract

一种激光对抗训练机器人靶标系统及其控制方法，系统包括机器人靶标移动平台、定位基站、交换机、射击训练区和主控中心计算机，所述机器人靶标移动平台包括上盖板和下车体，所述下车体的内部设置有底盘主控制器和十字对称布置的四个电机驱动器，所述上盖板上安装有起倒装置，所述下车体的下部呈十字对称布局安装有四个差速轮组。该激光对抗训练机器人靶标系统及其控制方法可对受训人员自主追踪，进行战术对峙；可与受训人员交互，模拟战场真实环境，提高作战能力；室内定位导航精度高；软性电子防撞条不仅可以缓冲下车体，也可形成的短路信号，实现自主刹车；喇叭功放控制喇叭播放音效，达到实时反馈。

Description

一种激光对抗训练机器人靶标系统及其控制方法
技术领域
本发明涉及射击训练靶标装备领域，尤其涉及一种激光对抗训练机器人靶标系统及其控制方法。
背景技术
智能机器人靶标作为近几年新兴的一种智能靶标，一般采用移动式平台搭配报靶设备的形式供射击人员训练使用。控制方式上多数是采用手柄遥控或基于摄像头远程操控，或按照程序设定好的指令进行直线或曲线冲撞行走，智能化程度偏低、训练科目单一，无法与射击人员进行战术对抗训练。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种激光对抗训练机器人靶标系统及其控制方法；由图像采集装置采集画面实时回传至主控中心计算机，主控中心计算机通过无线网络向底盘主控制器发出信号，实现对受训人员的自主追踪，达到战术对峙的目的；锁定受训人员后，由激光发射装置向其发射激光，可以更好地模拟战场真实环境，提高受训人员的作战能力；激光雷达和定位标签相结合的双重定位导航模式，有效提高了室内定位导航精度；导电橡胶条制成的软性电子防撞条不仅可以起到了缓冲下车体的作用，碰撞后形成的短路信号反馈给底盘主控制器，底盘主控制器向差速轮组发出刹车信号；喇叭功放控制喇叭播放音效，模拟战场厮杀声，受训人员击中激光感应靶板后也会发出击打声，给受训人员实时反馈，帮助受训人员判断击中与否。
为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：一种激光对抗训练机器人靶标系统，包括机器人靶标移动平台、定位基站、交换机、射击训练区和主控中心计算机，所述机器人靶标移动平台位于所述射击训练区内，多个所述定位基站两两网路连接并围绕在所述射击训练区的外侧，所述交换机与所述定位基站网路连接并与所述主控中心计算机网路连接；
所述机器人靶标移动平台包括上盖板和下车体，所述上盖板嵌在所述下车体上；
所述下车体的内部设置有电源、底盘主控制器和十字对称布置的四个电机驱动器，四个所述电机驱动器与所述底盘主控制器CAN总线连接；四个所述电机驱动器与所述底盘主控制器均与所述电源电性连接；
所述上盖板上安装有起倒装置，所述起倒装置和所述底盘主控制器与所述电源电性连接，所述起倒装置包括端盖和靶夹，所述靶夹与所述端盖的两侧转动连接，所述靶夹上安装有激光感应靶板，所述下车体的下部呈十字对称布局安装有四个差速轮组。
优选地，所述端盖的上表面安装有与所述电源电性连接的激光发射装置和定位标签，所述激光感应靶板上布置有多个激光感应探头。
优选地，所述下车体的车头处嵌有图像采集装置和激光雷达。
优选地，所述下车体的车尾处安装有设备指示灯，所述下车体的后端侧面安装有触摸面板和航插接口。
优选地，所述下车体的前后端均设置有防撞杆，所述防撞杆内嵌入有软性电子防撞条，所述软性电子防撞条向所述防撞杆的外侧延伸并与所述底盘主控制器电性连接，所述软性电子防撞条为导电橡胶条。
优选地，所述下车体的两侧面分别安装有一对喇叭和天线，所述喇叭与所述底盘主控制器和所述电源电性连接，所述天线与所述电源电性连接。
优选地，所述下车体内还包括与所述电源电性连接的网桥、内部交换机、陀螺仪和喇叭功放，所述内部交换机与所述底盘主控制器有线网络连接，所述网桥与所述内部交换机有线网络连接，所述陀螺仪与所述底盘主控制器有线串口连接，所述喇叭功放与所述底盘主控制器音频线连接。
一种激光对抗训练机器人靶标系统的控制方法，包括以下步骤：
S1：在射击训练区内根据定位基站的覆盖半径均匀部署多个定位基站；
S2：机器人靶标移动平台利用激光雷达构建射击区域二维栅格地图，通过其上的定位标签解算得到的位置信息对机器人靶标移动平台位置重定位；
S3：主控中心计算机通过无线网络给机器人靶标移动平台发布巡逻任务，机器人靶标移动平台在射击训练区内漫游行走；
S4：受训人员佩戴与机器人靶标移动平台上的定位标签相同的定位标签，并身穿激光感应马甲进入射击训练区，等待触发场景内的门禁或红外开关信号；
S5：机器人靶标移动平台向受训人员暴露位置进行追踪，并进入战术对峙状态；
S6-1：受训人员向激光感应靶板发射激光束，激光感应靶板接受到了预定的命中数量的激光束，停车倒靶，任务执行成功；
S6-2：同时，机器人靶标移动平台的激光发射装置向受训人员发射激光束，受训人员被命中预定数量的激光束，机器人靶标移动平台停车，任务执行失败。
优选地，S2中，定位标签的获取自身与各定位基站之间超宽带信号传播时间，根据时间差得到标签节点距离各定位基站的距离信息，采用RSSI三点测距方法，解算出定位标签的实际位置坐标。
优选地，S5中机器人靶标移动平台进入追踪锁定模式后，底盘主控制器根据预先设定的对峙距离控制机器人靶标移动平台前进后退，根据受训人员在镜头内的像素偏移来控制机器人靶标移动平台的旋转，使得受训人员始终保持在画面中心位置处。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
（1）、由图像采集装置采集画面实时回传至主控中心计算机，主控中心计算机通过无线网络向底盘主控制器发出信号，实现对受训人员的自主追踪，达到战术对峙的目的；
（2）、锁定受训人员后，由激光发射装置向其发射激光，可以更好地模拟战场真实环境，提高受训人员的作战能力；
（3）、激光雷达和定位标签相结合的双重定位导航模式，有效提高了室内定位导航精度；
（4）、导电橡胶条制成的软性电子防撞条不仅可以起到了缓冲下车体的作用，碰撞后形成的短路信号反馈给底盘主控制器，底盘主控制器向差速轮组发出刹车信号；
（5）、喇叭功放控制喇叭播放音效，模拟战场厮杀声，受训人员击中激光感应靶板后也会发出击打声，给受训人员实时反馈，帮助受训人员判断击中与否。
附图说明
图1为本发明的一种激光对抗训练机器人靶标系统总示意图；
图2为本发明的一种激光对抗训练机器人靶标系统机器人靶标移动平台结构图；
图3为本发明的一种激光对抗训练机器人靶标系统下车体的内部结构示意图；
图4为本发明的一种激光对抗训练机器人靶标控制方法的逻辑流程图。
具体实施方式
为使对本发明的目的、构造、特征、及其功能有进一步的了解，兹配合实施例详细说明如下。
请参阅图1-图4，本发明一实施例的激光对抗训练机器人靶标系统，包括机器人靶标移动平台1、定位基站2、交换机3、射击训练区4和主控中心计算机5，机器人靶标移动平台1位于射击训练区4内，多个定位基站2两两网路连接并围绕在射击训练区4的外侧，交换机3与定位基站2网路连接并与主控中心计算机5网路连接；
机器人靶标移动平台1包括上盖板12和下车体6，上盖板12嵌在下车体6上；
下车体6的内部设置有电源67、底盘主控制器63和十字对称布置的四个电机驱动器62，四个电机驱动器62与底盘主控制器63CAN总线连接；四个电机驱动器62与底盘主控制器63均与电源67电性连接；
上盖板12上安装有起倒装置7，起倒装置7和底盘主控制器63与电源67电性连接，起倒装置7包括端盖71和靶夹72，靶夹72与端盖71的两侧转动连接，靶夹72上安装有激光感应靶板9，下车体6的下部呈十字对称布局安装有四个差速轮组21。四个差速轮组21由底盘主控制器63控制，实现下车体6的前进、后退以及转向；采用多个定位基站2环绕的设置，大幅度提升了室内定位的精度。
优选地，端盖71的上表面安装有激光发射装置11和定位标签8，激光感应靶板9上布置有多个激光感应探头10，上述结构均与电源67电性连接。激光发射装置11下方安装有舵机，舵机可根据底盘主控制器63发出的指令，控制激光发射装置11实现相应的俯仰角度，同时激光发射装置11向受训人员击发激光束，激光感应探头10用于激光感应靶板9上命中部位的识别，感应受训人员击发的激光束。
优选地，下车体6的车头处嵌有图像采集装置13和激光雷达14。图像采集装置13可采集视角内的图像信息以及图像深度信息，协助构建射击区域二维栅格地图，激光雷达14用于实时构建场景内的地图和测算前方障碍物信息。
优选地，下车体6的车尾处安装有设备指示灯16，下车体6的后端侧面安装有触摸面板19和航插接口18。机器人靶标移动平台1的状态通过不同的亮灯状态来表示，亮灯状态包括红常亮、绿常亮、黄常亮、红闪烁、绿闪烁；其中红灯常亮代表机器人靶标存在硬件故障，绿灯常亮表示机器人靶标当前处于手柄遥控模式；黄常亮表示机器人靶标当前处于任务模式；红闪烁表示机器人靶标处于欠电状态；绿闪烁表示机器人靶标正在执行任务；触摸面板19可查看机器人靶标状态信息，航插接口18可外接视频、USB、电源等接口。
优选地，下车体6的前后端均设置有防撞杆22，防撞杆22内嵌入有软性电子防撞条17，软性电子防撞条17向所述防撞杆22的外侧延伸并与底盘主控制器63电性连接，软性电子防撞条17为导电橡胶条当下车体6撞到障碍物时，软性电子防撞条17可起到缓冲作用。
进一步地，导电橡胶制成的软性电子防撞条17与底盘主控制器63互联，一旦软性电子防撞条17撞到障碍物，受到挤压后可产生短路信号，底盘主控制器63一旦采集到该短路信号，则判断下车体6受到撞击，并向差速轮组21发出刹车信号。
优选地，下车体6的两侧面分别安装有一对喇叭20和天线15，喇叭20与底盘主控制器63和电源67电性连接，所述天线15与所述电源67电性连接。喇叭20用于战场音效模拟，天线15用于接收主控中心计算机5发出的无线信号。
优选地，下车体6内还包括网桥61、内部交换机64、陀螺仪65和喇叭功放66，上述结构均与电源67电性连接，内部交换机64与底盘主控制器63有线网络连接，网桥61与内部交换机64有线网络连接，陀螺仪65与底盘主控制器63有线串口连接，喇叭功放66与底盘主控制器63音频线连接。其中，网桥61是下车体6对外的通讯媒介，下车体6通过网桥61与主控中心计算机5通讯，并接收主控中心计算机5发送的指令以及回传自身的状态信息；内部交换机64主要用于下车体6内部网桥61、底盘主控制器63之间的局域网组建；陀螺仪65实时采集机器人靶标移动平台1的位姿信息，用于机器人靶标地图构建、路径规划和导航避障；喇叭功放66用于播放模拟战场厮杀的声音。
一种激光对抗训练机器人靶标系统的控制方法，包括以下步骤：
S1：在射击训练区内根据定位基站的覆盖半径均匀部署多个定位基站；各定位基站之间有线网络连接，并汇聚至主控中心计算机和交换机；多个定位基站的设置可以提高机器人靶标移动平台的定位精度。
S2：机器人靶标移动平台利用激光雷达构建射击区域二维栅格地图，对定位标签解算得到的位置信息对机器人靶标移动平台位置重定位；
S3：主控中心计算机由无线网络给机器人靶标移动平台发布巡逻任务，机器人靶标移动平台在射击训练区内漫游行走；机器人靶标移动平台将图像采集装置采集的画面实时回传至主控中心计算机；图像采集装置可以捕捉图像内受训人员的深度距离，判断人员暴露点并锁定目标，实现深度捕捉。
S4：受训人员佩戴与下车体上的定位标签相同的定位标签和身穿激光感应马甲进入射击训练区，等待触发场景内的门禁或红外开关信号；一旦触发场景内的门禁或红外等开关信号，主控中心计算机主动将受训人员的位置信息发送给机器人靶标移动平台，机器人靶标移动平台由巡逻模式进入战术对抗模式，向受训人员目标点追踪，控制喇叭输出战场厮杀声音，根据S2中生成的栅格地图自动规划出一条无障碍通行路径，在追踪过程中利用激光雷达数据实现自主避障，通过图像采集装置实时捕捉受训人员画面，一旦画面内捕捉到相关人员，机器人靶标移动平台进入追踪锁定模式。
S5：机器人靶标移动平台向受训人员暴露位置进行追踪，并进入战术对峙状态；战术对峙状态即指锁定人员后，激光发射装置向受训人员间隔发射激光束。
S6-1：受训人员向激光感应靶板发射激光束，激光感应靶板接受到了预定的命中数量的激光束，停车倒靶，任务执行成功；训练前，后台人员通过主控中心计算机设置激光感应靶板受击中的阈值，一旦激光感应靶板被击中的激光数量达到该阈值，底盘主控制器向电机驱动器发送停车命令，下车体停止前进，底盘主控制器并向起倒装置发送倒靶命令，激光感应靶板向下车体后方倾倒。
S6-2：同时，机器人靶标移动平台的激光发射装置向受训人员发射激光束，受训人员被命中预定数量的激光束，机器人靶标移动平台停车，任务执行失败。机器人靶标移动平台一旦在画面中捕捉到受训人员，根据图像内受训人员的深度距离，控制激光发射装置向受训人员击发激光束，一旦受训人员被命中达到预先设定的阈值，则判定受训人员任务失败。
优选地，S2中，定位标签的获取自身与各定位基站之间超宽带信号传播时间，根据时间差可以得到标签节点距离各定位基站的距离信息，采用RSSI三点测距方法，解算出定位标签的实际位置坐标。
优选地，S5中机器人靶标移动平台进入追踪锁定模式后，底盘主控制器根据预先设定的对峙距离控制机器人靶标移动平台前进后退，根据受训人员在镜头内的像素偏移来控制机器人靶标移动平台的旋转，使得受训人员始终保持在画面中心位置处。机器人靶标移动平台预设有反击模式，即追踪受训人员后由激光发射装置向其发射激光，可以更好地模拟战场真实环境，提高受训人员的作战能力。
由上，本发明的一种激光对抗训练机器人靶标系统及其控制方法，由图像采集装置采集画面实时回传至主控中心计算机，主控中心计算机通过无线网络向底盘主控制器发出信号，实现对受训人员的自主追踪，达到战术对峙的目的；锁定受训人员后，由激光发射装置向其发射激光，可以更好地模拟战场真实环境，提高受训人员的作战能力；激光雷达和定位标签相结合的双重定位导航模式，有效提高了室内定位导航精度；导电橡胶条制成的软性电子防撞条不仅可以起到了缓冲下车体的作用，碰撞后形成的短路信号反馈给底盘主控制器，底盘主控制器向差速轮组发出刹车信号；喇叭功放控制喇叭播放音效，模拟战场厮杀声，受训人员击中激光感应靶板后也会发出击打声，给受训人员实时反馈，帮助受训人员判断击中与否。

Claims (10)

1.一种激光对抗训练机器人靶标系统，其特征在于：包括机器人靶标移动平台（1）、定位基站（2）、交换机（3）、射击训练区（4）和主控中心计算机（5），所述机器人靶标移动平台（1）位于所述射击训练区（4）内，多个所述定位基站（2）两两网路连接并围绕在所述射击训练区（4）的外侧，所述交换机（3）与所述定位基站（2）网路连接并与所述主控中心计算机（5）网路连接；
所述机器人靶标移动平台（1）包括上盖板（12）和下车体（6），所述上盖板（12）嵌在所述下车体（6）上；
所述下车体（6）的内部设置有电源（67）、底盘主控制器（63）和十字对称布置的四个电机驱动器（62），四个所述电机驱动器（62）与所述底盘主控制器（63）CAN总线连接；四个所述电机驱动器（62）与所述底盘主控制器（63）均与所述电源（67）电性连接；
所述上盖板（12）上安装有起倒装置（7），所述起倒装置（7）和所述底盘主控制器（63）与所述电源（67）电性连接，所述起倒装置（7）包括端盖（71）和靶夹（72），所述靶夹（72）与所述端盖（71）的两侧转动连接，所述靶夹（72）上安装有激光感应靶板（9），所述下车体（6）的下部呈十字对称布局安装有四个差速轮组（21）。
2.如权利要求1所述的激光对抗训练机器人靶标系统，其特征在于：所述端盖（71）的上表面安装有与所述电源（67）电性连接的激光发射装置（11）和定位标签（8），所述激光感应靶板（9）上布置有多个激光感应探头（10）。
3.如权利要求1所述的激光对抗训练机器人靶标系统，其特征在于：所述下车体（6）的车头处嵌有图像采集装置（13）和激光雷达（14）。
4.如权利要求1所述的激光对抗训练机器人靶标系统，其特征在于：所述下车体（6）的车尾处安装有设备指示灯（16），所述下车体（6）的后端侧面安装有触摸面板（19）和航插接口（18）。
5.如权利要求1所述的激光对抗训练机器人靶标系统，其特征在于：所述下车体（6）的前后端均设置有防撞杆（22），所述防撞杆（22）内嵌入有软性电子防撞条（17），所述软性电子防撞条（17）向所述防撞杆（22）的外侧延伸并与所述底盘主控制器（63）电性连接，所述软性电子防撞条（17）为导电橡胶条。
6.如权利要求1所述的激光对抗训练机器人靶标系统，其特征在于：所述下车体（6）的两侧面分别安装有一对喇叭（20）和天线（15），所述喇叭（20）与所述底盘主控制器（63）和所述电源（67）电性连接，所述天线（15）与所述电源（67）电性连接。
7.如权利要求1所述的激光对抗训练机器人靶标系统，其特征在于：所述下车体（6）内还包括与所述电源（67）电性连接的网桥（61）、内部交换机（64）、陀螺仪（65）和喇叭功放（66），所述内部交换机（64）与所述底盘主控制器（63）有线网络连接，所述网桥（61）与所述内部交换机（64）有线网络连接，所述陀螺仪（65）与所述底盘主控制器（63）有线串口连接，所述喇叭功放（66）与所述底盘主控制器（63）音频线连接。
8.一种用于权利要求1-7中至少一项的激光对抗训练机器人靶标系统的控制方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1：在射击训练区内根据定位基站的覆盖半径均匀部署多个定位基站；
S2：机器人靶标移动平台利用激光雷达构建射击区域二维栅格地图，通过其上的定位标签解算得到的位置信息对机器人靶标移动平台位置重定位；
S3：主控中心计算机通过无线网络给机器人靶标移动平台发布巡逻任务，机器人靶标移动平台在射击训练区内漫游行走；
S4：受训人员佩戴与机器人靶标移动平台上的定位标签相同的定位标签，并身穿激光感应马甲进入射击训练区，等待触发场景内的门禁或红外开关信号；
S5：机器人靶标移动平台向受训人员暴露位置进行追踪，并进入战术对峙状态；
S6-1：受训人员向激光感应靶板发射激光束，激光感应靶板接受到了预定的命中数量的激光束，停车倒靶，任务执行成功；
S6-2：同时，机器人靶标移动平台的激光发射装置向受训人员发射激光束，受训人员被命中预定数量的激光束，机器人靶标移动平台停车，任务执行失败。
9.如权利要求8的激光对抗训练机器人靶标系统的控制方法，其特征在于：S2中，定位标签的获取自身与各定位基站之间超宽带信号传播时间，根据时间差得到标签节点距离各定位基站的距离信息，采用RSSI三点测距方法，解算出定位标签的实际位置坐标。
10.如权利要求8的激光对抗训练机器人靶标系统的控制方法，其特征在于：S5中机器人靶标移动平台进入追踪锁定模式后，底盘主控制器根据预先设定的对峙距离控制机器人靶标移动平台前进后退，根据受训人员在镜头内的像素偏移来控制机器人靶标移动平台的旋转，使得受训人员始终保持在画面中心位置处。
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