CN205080433U - 一种实时远程移动的智能机器人监控系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种实时远程移动的智能机器人监控系统，设有车体，该车体上装有控制模块和与之相连的驱动单元、蓝牙单元、巡迹单元、避障单元、视频模块，与视频模块相连的WIFI单元和上位机，以及与控制模块和视频模块相连的电源；蓝牙单元通过电信号与上位机连接。本实用新型提供的智能机器人监控系统，主要用于智能家居，同时具有实时、远程、可移动的三个功能。

Description

一种实时远程移动的智能机器人监控系统

技术领域

本实用新型涉及智能控制及自动化技术，具体是一种实时远程移动的智能机器人监控系统。

背景技术

智能机器人，对其进行编程以及使用一些不同传感器，使得智能机器人能够监控和搬运零件、材料等，或者为了完成不同的事情而装有可编程和可改变动作的特殊系统，在执行某种任务时并对环境做出相应反应的能力、感知环境的能力和把感知与行动结合起来的能力。我们需要智能机器人给人们带来方便以及达到一些未知的、难以预测的环境中执行任务，或者在家庭中能够被远距离操控采集实时数据。这就对智能机器人操作和行为进行人工设计和分析变得越来越难以完成。

城市中视频监控系统，虽然能进行实时视频监控与远距离传输，但这些视频信息采集装置不具有可移动性，视觉范围有限；无人侦察机的航拍视频图像具有可移动性，但视频却不能实时传输；一些智能家居系统中使用的监控小车利用蓝牙技术或Zigbee技术实现了移动实时拍摄和传输，但在传输距离上受到限制，无法实现远距离大数据量的传输。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是：针对传统无线视频传输技术中存在的移动性拍摄和远距离实时传输的问题，提供一种实时远程移动智能机器人监控系统，能够实时监控并远距离操控，同时具有实时、远程、移动的三个功能特点。

本实用新型解决其技术问题采用的技术方案是：设有车体，该车体上装有控制模块和与之相连的驱动单元、蓝牙单元、巡迹单元、避障单元、视频模块，与视频模块相连的WIFI单元和上位机，以及与控制模块和视频模块相连的电源；蓝牙单元通过电信号与上位机连接。

所述控制模块设置在车体上层的后端，该控制模块采用STM32-Nucleo-F411RE控制器和传感器扩展板。

所述巡迹单元设置在车体下层的前端，并且通过数据线与控制模块连接，该巡迹单元由三个红外巡迹传感器组成，分别设置在车体下层前端的左、中、右端。

所述避障单元设置在车体上层的前端，并且通过数据线与控制模块连接，该避障单元由三个红外避障传感器组成，分别设置在车体上层前端的左、中、右端。

所述视频模块设置在车体上层的中端，其通过数据线与控制模块连接。

所述视频模块由RaspberryPI控制平台和摄像头组成。

所述WIFI单元设置在车体上层的中端，其通过电信号与视频模块连接。

所述驱动单元设置在车体下层的后端，其通过数据线与控制模块连接，该驱动单元由双H桥直流电机驱动芯片、两个直流减速电机和一个金属万向轮组成，所述双H桥直流电机驱动板型号是LKV－HM3.0，两个直流减速电机分别与双H桥直流电机驱动的两端连接。

所述车体为2WD轻量型移动机器人为三轮移动平台，此平台有两个电机作为驱动，前置金属万向轮。

所述蓝牙单元设置在车体上层的中端，其通过数据线与控制模块连接，并且通过电信号与上位机连接，该上位机采用手机或计算机。

本实用新型与现有技术相比具有以下的主要的优点：

1.具有实时，远程，可移动三个功能特点。

利用WIFI进行远距离的控制，只要在有无线网络覆盖的地方，可以远距离的进行对智能机器人进行操控。通常可移动的监控系统，普通的摄像监控都是固定的，监控范围有限，然而本实用新型智能机器人装上摄像头后，利用该智能机器人小车的车体移动，让摄像头能够灵活移动，可使监控范围具有可移动性，扩大了监控范围。

2.摆脱传统机器人用遥控器的控制，上位机利用手机或计算机控制智能机器人，携带更加方便，应用范围更广，利用手机和计算机进行视频监控，利用计算机进行视频的存储。

附图说明

图1为本实用新型的总体结构示意图。

图2为本实用新型的控制连接示意图。

图3为本实用新型的控制模块详细结构示意图。

图4为本实用新型的视频模块详细结构示意图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本实用新型作进一步地详细说明。

本实用新型提供了实时远程移动的智能机器人监控系统，为了使其易于维护，具有可扩充性、可重构性及可操作性，可在其开发设计过程中采用模块化方法，即分为控制模块和视频模块两个模块，具体结构如图1所示，设有控制模块和与之相连的驱动单元、蓝牙单元、巡迹单元、避障单元、视频模块，与视频模块相连的WIFI单元和上位机，以及与控制模块和视频模块相连的电源。蓝牙单元与上位机连接。

所述控制模块设置在车体上层后端，用于控制各个传感器和信号处理。该控制模块采用STM32-Nucleo-F411RE控制器和传感器扩展板。其中：所述控制模块的结构如图3所示，由Nucleo-F411RE控制平台完成的3个功能，分别是：手动控制、避障功能、巡迹功能。Nucleo-F411RE作为控制智能小车移动的系统，用来接收RaspberryPI发送过来的控制指令，并控制双H桥直流电机驱动板，使直流电机向不同方向转动，实现车体基本移动的功能直走、左转、右转、后退、刹车。巡迹功能和避障功能分别由红外巡迹传感器和红外避障传感器来实现。巡迹功能在车体下层的前端左、中、右端安装有3个红外巡迹传感器。当红外巡迹传感器感应到黑线时输出低电平，智能机器人可以在两条黑线和白底构成轨道中行走，当三个红外巡迹传感器都没有检测到黑线的时候，机器人直走；当左端红外巡迹传感器检测到黑线时，机器人向右偏转；当右端红外巡迹传感器检测到黑线时，机器人向左偏转，确保机器人在由两条黑线所构成的轨道中间。避障功能在车体上层前端左、中、右端安装有3个红外避障传感器，设置好每个红外避障传感器的感应距离，当红外避障传感器感应到障碍物时将信号发送给Nucleo-F411RE，由Nucleo-F411RE处理信号，使车体避开障碍物和迷宫探索。手动控制，通过HC-06或者WIFI无线网卡与手机端连接，接收上位机所传来的信号传递给Nucleo-F411RE来选择机器人的功能模式以及控制机器人移动。

所述视频模块设置在车体上层中端，其通过数据线与控制模块连接，用于接收并处理上位机传来的信号以及视频的采集和传输。该视频模块采用RaspberryPI控制平台和摄像头组成。所述视频模块的结构如图4所示，由RaspberryPI控制平台完成视频的采集以及传输。RaspberryPI上插有装有LINUX操作系统的SD卡，主要是负责摄像头的开启，作为服务端接受上位机的连接请求，接收上位机发送的控制指令，传送控制指令给Nucleo-F411RE。接通电源开启系统后，RaspberryPI会运行脚本文件，将摄像头进行自启动，然后树莓派作为服务端对指定端口进行监听，等待用户的连接申请。当有用户进行连接时，允许连接建立Socket并创建线程对此连接进行管理，并将此线程挂起等待用户发送过来的数据信息，然后将发送过来的数据信息通过GPIO口的RX和TX将数据传输给Nucleo-F411RE。在处理视频数据的采集和图像信息时，采用一款适用于RaspberryPI的摄像头视频数据采集的应用MJPG-Streamer，调用车体上层前端的摄像头进行视频数据和图像信息的采集，同时可以将图片以JPEG的格式进行保存在树莓派的内存中。每一帧图片的信息在树莓派内部服务器处理后，获得视频流数据，以视频流的形式展现给用户。视频的显示计算机通过WIFI连接到RaspberryPI服务器，循环下载每一帧JPG图片的数据，经计算机处理获取其中的有效数据，然后转换成图片循环播放，达到视频播放的效果。计算机端视频显示当传输帧数设置为15帧的时候，图像延迟时间适应用户观看的需求，视频能够实时的进行显示。当传输帧数设置为20帧的时候，图像延迟明显，视频不能正常显示。通过分析，当图片帧数增加时，单位时间段内摄像头获取的图像数据增多，导致计算机需要下载的数据信息增加，由于图片数据要在计算机端获取，数据增多导致图片解码时间增加，因而造成视频延迟。所以将摄像头获取图像帧数设置为15帧能很好解决视频卡顿问题，并且通过计算机端采集的视频可以存储到计算机中，手机获取视频的原理与计算机相同，手机只能实时播放监控视频，不能存储视频。

RaspberryPI与Nucleo-F411RE之间通过GPIO口连接线进行连接，采用串口的方式进行通信。如图2所示，Nucleo-F411RE和RaspberryPi的连接不能直接连接，Nucleo-F411RE的端口电压为5V，RaspberryPI的端口电压为3.3V。二者连接需要通过逻辑电平转换器，逻辑电平转换器起到电压调节的作用，Nucleo-F411RE的Vin连接HIGH，RaspberryPI的Vin连接LOW，数据传输同RX和TX端口交叉连接传输。

所述驱动单元设置在车体下层后端，其通过数据线与控制模块连接，用于实现智能机器人的移动功能。该驱动单元由双H桥直流电机驱动芯片、两个直流减速电机和一个金属万向轮组成，其中：所述车体为2WD轻量型移动机器人为三轮移动平台，此平台有两个电机作为驱动，前置金属万向轮，机动性能强、运动灵活、控制简易。金属万向轮起到一个平衡的作用以及能够灵活的转换方向，4WD到2WD的转化主要是因为金属万向轮起作用，可以通过万向轮调节板调节万向轮高度。所述双H桥直流电机驱动板型号是LKV－HM3.0，两个直流减速电机分别与双H桥直流电机驱动的两端连接。LKV－HM3.0双H桥直流电机驱动板可用于驱动双极性步进电机或直流减速电机，此驱动板重量轻、体积小，强大的驱动能力能够让小车自由行驶。在电机断电时电机线圈可产生反电动势损坏芯片，但是有续流二极管可以防止这一现象；LKV－HM3.0型号的双H桥直流电机驱动板还安装有散热片使芯片温度降低，当芯片过热的时具备自动断电的功能。

所述蓝牙单元设置在车体上层的中端，其通过数据线与控制模块连接，用于在没有WIFI的情况下，进行蓝牙短距离的控制和信号传输。

所述巡迹单元设置在车体下层的前端，其通过数据线与控制模块连接，用于控制智能机器人按照规定轨道移动。该巡迹单元由三个红外巡迹传感器组成，其中：三个红外巡迹传感器组成分别设置在车体下层前端的左、中、右端。

所述避障单元设置在车体上层前端，其通过数据线与控制模块连接，用于控制车体避开障碍物和迷宫探索。该避障单元由三个红外避障传感器组成，其中：三个红外避障传感器组成分别设置在车体上层前端的左、中、右端。

所述WIFI单元设置在车体上层中端，其通过电信号与视频模块连接，用于实现远程功能是采用RaspberryPI与用户端，通过WIFI来传输指令以及视频信息，实时监控是采用RaspberryPI作为远程监控系统的控制端，接收用户端发送的指令。

所述上位机采用手机或计算机终端。

上述实施例提供的实时远程移动的智能机器人监控系统，其工作过程是：首先通过上位机发送信号给下位机RaspberryPI，RaspberryPI处理信号后将控制信号发送给Nucleo-F411RE选择工作模式。工作模式有两个，其中一个是蓝牙模式用于短距离控制，再通过上位机选择蓝牙模式的功能并发送信号给下位机RaspberryPI处理，最后通过Nucleo-F411RE来实现智能机器人的移动控制，其中功能为基本移动功能、巡迹功能、避障功能；另一个是WIFI模式用于远距离控制，进入WIFI模式后通过上位机发送信号给下位机RaspberryPI开启摄像头，然后通过上位机选择WIFI模式的功能并发送信号给下位机RaspberryPI处理，RaspberryPI将摄像头采集的图片进行编码通过无线网络将图片传输给上位机，最后上位机将图片合成为视频流呈现给用户实现实时监控。与此同时RaspberryPI与Nucleo-F411RE进行信号传输，从而控制智能机器人的移动。

Claims (10)

1.一种实时远程移动的智能机器人监控系统，设有车体，其特征是在车体上装有控制模块和与之相连的驱动单元、蓝牙单元、巡迹单元、避障单元、视频模块，与视频模块相连的WIFI单元和上位机，以及与控制模块和视频模块相连的电源；蓝牙单元通过电信号与上位机连接。

2.根据权利要求1所述的实时远程移动的智能机器人监控系统，其特征在于所述控制模块设置在车体上层的后端，该控制模块采用STM32-Nucleo-F411RE控制器和传感器扩展板。

3.根据权利要求1所述的实时远程移动的智能机器人监控系统，其特征在于所述巡迹单元设置在车体下层的前端，并且通过数据线与控制模块连接，该巡迹单元由三个红外巡迹传感器组成，分别设置在车体下层前端的左、中、右端。

4.根据权利要求1所述的实时远程移动的智能机器人监控系统，其特征在于所述避障单元设置在车体上层的前端，并且通过数据线与控制模块连接，该避障单元由三个红外避障传感器组成，分别设置在车体上层前端的左、中、右端。

5.根据权利要求1所述的实时远程移动的智能机器人监控系统，其特征在于所述视频模块设置在车体上层的中端，其通过数据线与控制模块连接。

6.根据权利要求5所述的实时远程移动的智能机器人监控系统，其特征在于所述视频模块由RaspberryPI控制平台和摄像头组成。

7.根据权利要求1所述的实时远程移动的智能机器人监控系统，其特征在于所述WIFI单元设置在车体上层的中端，其通过电信号与视频模块连接。

8.根据权利要求1所述的实时远程移动的智能机器人监控系统，其特征在于所述驱动单元设置在车体下层的后端，其通过数据线与控制模块连接，该驱动单元由双H桥直流电机驱动芯片、两个直流减速电机和一个金属万向轮组成，所述双H桥直流电机驱动板型号是LKV－HM3.0，两个直流减速电机分别与双H桥直流电机驱动的两端连接。

9.根据权利要求1所述的实时远程移动的智能机器人监控系统，其特征在于所述车体为2WD轻量型移动机器人为三轮移动平台，此平台有两个电机作为驱动，前置金属万向轮。

10.根据权利要求1所述的实时远程移动的智能机器人监控系统，其特征在于所述蓝牙单元设置在车体上层的中端，其通过数据线与控制模块连接，并且通过电信号与上位机连接，该上位机采用手机或计算机。