CN201089161Y - 具有立体视觉的半自主移动机器士兵 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种具有立体视觉的半自主移动机器士兵，其结构是由电动车体、转塔、伸缩机械臂、红外传感器、超声波传感器、无线信号天线和视频信号天线组成，伸缩机械臂通过转塔设置在电动车体的上部，超声波传感器和远红外传感器分别设置在电动车体的周边，两根伸缩机械臂设置在转塔的顶部，其中一个机械臂的顶端设置有搜寻摄像头，另一机械臂的顶端设置枪械安装架和瞄准摄像头，在电动车体的前部还设置有高音喇叭和信号指示灯。该机器士兵和现有技术相比，具有设计合理、结构简单、安全可靠、成本低、使用方便和易于维护等特点，因而，具有很好的推广使用价值。

Description

具有立体视觉的半自主移动机器士兵

所属技术领域

具有立体视觉的半自主移动机器士兵，属于军用特种机器人制造技术，具体地说是一种可应用于军事、反恐、侦察等任务辅助执行的具有立体视觉的半自主移动机器士兵。

背景技术

随着计算机、光电子、通信以及自动控制等高新技术的不断完善和进步，各种类型的军用机器人已经大量涌现，一些技术发达国家相继研制了智能程度高、动作灵活、应用广泛的军用机器人。目前，国外军用机器人主要作为作战武器和保障武器使用。在恶劣的环境下，机器人的承受能力大大超过载人系统，并且能完成许多载人系统无法完成的工作，如运输机器人可以在核化条件下工作，也可以在炮火下及时进行战场救护。在地面上，机器人为联合国维和部队排除爆炸物、扫除地雷；在波黑战场上，无人机大显身手；在海洋中，机器人帮助人清除水雷、探索海底秘密；在宇宙空间，机器人成了火星考察的明星。

在军事领域，机器人士兵被称为战斗力的“倍增器”。正因如此，一些国家的军事部门一直在大力进行这种智能武器的研究和开发。据英国伦敦国际战略研究机构调查，过去5年，美国、西欧军方在高科技领域的投资年均增长10％，其中在发展、应用机器人士兵方面的投资年均增幅达25％，可见各先进国家对发展军用机器人相当重视。

美国著名军用机器人专家B·戴维斯博士认为，目前“机器人士兵进入实用化已不成问题，下一步的任务是使这种特殊的军事手段更经济、成本更低。”此外，对于全自主机器士兵来说，敌友识别技术仍未完善。

3、发明内容

本实用新型的目的是克服现有机器人在应用上不足，提供一种具有立体视觉的半自主移动机器士兵。

本实用新型的技术方案是按以下方式实现的，它是由电动车体、转塔、伸缩机械臂、红外传感器、超声波传感器、无线信号天线和视频信号天线组成，伸缩机械臂通过转塔设置在电动车体的上部，超声波传感器和远红外传感器分别设置在电动车体的前部和侧面，两根伸缩机械臂设置在转塔的顶部，其中一个机械臂的顶端设置有搜寻摄像头，另一机械臂的顶端设置枪械安装架和瞄准摄像头，在电动车体的前部还设置硬盘有高音喇叭和信号指示灯。

本实用新型的具有立体视觉的半自主移动机器士兵的有益效果：上述具有立体视觉的半自主移动机器士兵系统成本较低，有益于产业化，且由于通过人工远端控制进行敌友判断，因此实际应用中较为安全。该机器人系统完全可辅助单兵与敌方进行对抗、辅助侦察等任务，从而有效降低伤亡率。

4、附图说明

图1是具有立体视觉的半自主移动机器士兵立体结构示意图；

图2是具有立体视觉的半自主移动机器士兵的主视结构示意图；

图3是具有立体视觉的半自主移动机器士兵的硬件原理总成框图；

图4是具有立体视觉的半自主移动机器士兵的直流电机调速原理；

图5是无线视频传输原理图；

图6是远程通信处理流程图。

附图标记说明：万向轮1；驱动轮2；红外传感器3；超声波传感器4；无线指令传输天线5；搜寻摄像头6；枪械安装架7；瞄准摄像头8；伸缩机械臂9；视频信号发送天线10；电动车11；高音喇叭12；危险级别警示灯13；转塔14。

5、具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的半自主移动机器士兵作以下详细说明。

如附图所示，本实用新型的具有立体视觉的半自主移动机器士兵，是由电动车体11、转塔14、伸缩机械臂9、红外传感器3、超声波传感器4、无线指令传输天线5和视频信号传输天线10组成，伸缩机械臂9通过转塔14设置在电动车体11的上部，超声波传感器4和远红外传感器3分别设置在电动车体11的周边，两根伸缩机械臂9设置在转塔14的顶部，其中一个机械臂9的顶端设置有搜寻摄像头6，另一机械臂的顶端设置枪械安装架7和瞄准摄像头8，在电动车体11的前部还设置有高音喇叭12和危险级别警示灯13。

电动车11为三轮行驶，其中两个前轮为方向驱动轮2，万向轮1设置在电动车体11的后部。

电动车的驱动电机、蓄电池、转塔驱动电机，机械臂伸缩驱动电机设置在电动车体11内通过数据线与车体内的控制计算机连接。

电动车体11内的视频发送模块和指令传输模块通过无线指令传输天线5和视频信号传输天线10与远程控制设备连接。

本实用新型的半自主移动机器士兵与全自主机器士兵系统相比，通过搜寻摄像头传回控制台的视频信息实现对敌友的识别；而且，该系统在瞄准目标的过程中，三维立体视觉和二维图像处理信息结合使用作为参考，使得对视觉系统的性能要求大为降低，系统整体成本也因此大大降低。

本实用新型的具有立体视觉的半自主移动机器士兵，在非结构化环境中有两种工作模式：

(1)全自主模式。此时，机器人通过超声、红外传感器感知外部环境和自身状态，进行有目的的移动并对遇到的某些问题自行处理：根据形势自动做出反应；根据预先设定的方案自动判断、避障、自主行驶；把获取的现场视频信息传输给远端控制台，在控制台的控制下锁定目标、实时跟踪、射击目标。

(2)全人工远程控制。此时，机器人所有功能的执行由远端控制台完成。除上述两种工作模式中所述功能外，该机器人可识别某些简单手势，如投降、招手，

(3)还可通过喇叭音频系统与对方对话，亦可通过危险级别指示灯的颜色向对方发出警告级别或实施闪光密码通讯。

技术方案：整体系统包含了机器人的机械结构与动力子系统、控制子系统(含控制电路、远端控制机制、采集数据的存储、中断的访问时序规划等)、传感器的分布规划及其数据的融合处理、具有计算机视觉的特征提取与识别。

整体系统工作时，通过安装在直流驱动电机轴上的磁传感器信息调制PWM波，实现各电机的速度协调控制，而控制子系统根据超声、红外、视觉等传感器的信息融合处理子系统获取的周围非结构化环境中的障碍信息，实现反射式自行避障、绕行；或者，此时亦可忽略所有传感器信息，由远端控制台通过键盘实时控制机器人的行走，以及上层由两步进电机驱动的2自由度机械臂的动作。远端控制台通过安装在机械臂上的两摄像头传回的视频信息进行目标的搜索、定位、识别，并可鼠标点击选定目标，根据选定目标的图像信息，立体视觉子系统实时计算目标相对于机器人定义的参考坐标系的三维空间位置，利用该三维空间点以反向运动学调整带枪机械臂令其初步瞄准目标。由于摄像头图像存在畸变，瞄准精度通常存在偏差，可在控制台中首先校正预定义准星同弹道轨迹间的二维映射关系以进一步提高瞄准精度，即建立起图像中的准星位置、选定目标、摄像机光心三点间的线性关系。这样，初步瞄准后，根据所选目标点同准星间的像素坐标差便可通过控制机械臂左右、上下调整使得三点在图像上投影为一点，此时，远端控制台若发出射击指令便可准确击中目标。当所选目标移动时，视觉系统以光流法实时重复上述过程，反复调整机械臂以跟踪并锁定目标。

实施例

如图所示，在具有立体视觉的半自主移动机器士兵主体机械子系统中，两个前轮为PWM驱动的主动轮，可通过转速的调整实现转弯，后面两万向轮为从动轮。摄像机安装在机械臂的末端，可随机械臂实现绕关节点的上下、左右运动，此种运动由精度较高的步进电机驱动实现。在机器人的正前方安装有超声传感器，左前、右前、左后、右后以及正后方安装了红外传感器，同时在后方的左右角上安装了无线视频传输模块，而在正前方上面安装了无线指令传输模块。电源安装在机器人的中心处，电路板围绕其四周布置。

处理器选用TI2000系列的TMS320LF2812DSP，无线指令传输采用nRF401芯片，无线视频传输模块选用支持VFM接口的圆钢848/878模组，电源选用两个12伏串联的铅酸蓄电池。

如图2所示，机器人远端控制台软件子系统界面包含的主要功能有：行走机构的控制、机械臂的控制、枪支的控制、工作模式的转换、视频信息的实时采集、目标瞄准、目标锁定以及简单的手势识别、人脸识别等功能。除说明书公开的技术特征外均为公知技术。

Claims (4)

1.具有立体视觉的半自主移动机器士兵，其特征在于是由电动车体、转塔、伸缩机械臂、红外传感器、超声波传感器、无线信号天线和视频信号天线组成，伸缩机械臂通过转塔设置在电动车体的上部，超声波传感器和远红外传感器分别设置在电动车体的周边，两根伸缩机械臂设置在转塔的顶部，其中一个机械臂的顶端设置有搜寻摄像头，另一机械臂的顶端设置枪械安装架和瞄准摄像头，在电动车体的前部还设置硬盘有高音喇叭和信号指示灯。

2.根据权利要求1所述的具有立体视觉的半自主移动机器士兵，其特征在于电动车为三轮行驶，其中两个前轮为方向驱动轮，万向轮设置在车体的后部。

3.根据权利要求1所述的具有立体视觉的半自主移动机器士兵，其特征在于电动车的驱动电机、蓄电池、转塔驱动电机，机械臂伸缩驱动电机设置在电动车体内通过数据线与车体内的控制计算机连接。

4.根据权利要求1所述的具有立体视觉的半自主移动机器士兵，其特征在于电动车体内的视频发送模块和指令传输模块通过无线信号天线和视频信号天线与远程控制设备连接。

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