CN2758036Y - 网络化智能交通警察机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种网络化智能交通警察机器人。它解决了目前交警在交通指挥时所处的环境恶劣，对交警人身造成较大危害的问题，具有自动化程度高，可无线操作和脱机操作，使交警不必在恶劣环境中即可完成交通的指挥工作等优点，其结构为：一种网络化智能交通警察机器人，它包括头部装置，躯干装置，手臂装置等，其特征是：躯干装置由胸腹部支架和腿部支架等构成，在胸腹部支架的上端为头部装置，胸腹部装置的两侧各有一手臂装置，每个手臂装置由大臂支架和小臂支架、手掌等构成，躯干装置中有控制装置与其余各装置联接。

Description

网络化智能交通警察机器人

技术领域

本实用新型涉及一种机器人，尤其涉及一种用于交通管理的网络化智能交通警察机器人。

背景技术

随着我国经济的持续发展，车辆日益增多，使得交通压力越来越大，为对交通状况进行有效管理，交通警察常常需要在重要的路口执勤以确保交通秩序。由于是在露天中执勤，使得交警面临着风吹日晒，同时汽车排出的大量有毒尾气使得交警身体健康受到极大的损害。

发明内容

本实用新型就是为了解决上述问题，提供一种可对交通秩序进行管理，并能记录违章情况的机器人，它与总控计算机建立网络联接，能实现在线和脱机工作，具有减轻交警工作强度，提高工作效率等优点。

为实现上述目的，本实用新型采用了如下技术方案：一种网络化智能交通警察机器人，它包括头部装置，躯干装置，手臂装置等，其特征是：躯干装置由胸腹部支架和腿部支架等构成，在胸腹部支架的上端为头部装置，胸腹部装置的两侧各有一手臂装置，每个手臂装置由大臂支架和小臂支架、手掌等构成，躯干装置中有控制装置与其余各装置联接。

所述头部装置包括颈关节电机，它通过盘头螺钉与轴承套固定，其输出轴通过紧进螺钉与联轴器联接，联轴器安装在胸腹部支架上，联轴器通过卡簧圈A与轴承联接，并通过卡簧圈B与轴承套联接。

所述躯干装置包括胸腹部支架，它通过螺栓与腿部支架固定，腿部支架由固定螺栓固定在转盘上。

所述手臂装置有两个，左右对称的分布在躯干两侧，每个手臂装置包括手掌，手掌安装在小臂支架上，小臂支架与大臂支架联接，大臂支架与肩部支架联接，肩部支架与胸腹部支架联接。

在小臂支架末端有腕关节电机，它固定在小臂支架上，输出主轴与手掌联接；在小臂支架和大臂支架联接处有肘关节电机，它安装在大臂支架上，肘关节电机输出主轴与小臂支架联接；在肩部支架上有肩关节电机A，在胸腹部支架上通过固定螺栓交错安装两个与各自手臂装置相配合的肩关节电机B，肩关节电机A通过肩部支架固定在肩关节电机B输出主轴上，肩关节电机A的输出主轴与肘关节电机联接。

肩关节电机A输出主轴上有长条状金属薄片，在肩部支架上相应位置有三只TL-Q5MC1型电感式接近开关；与肩关节电机A对称布置的肩关节电机B输出主轴上有长条状金属薄片，在肩部支架上相应的位置有三只TL-Q5MC1型电感式接近开关；左右两臂的肘关节处的支架上分别设有两只TL-Q5MC1型电感式接近开关，用于检测小臂到达的位置；在机器人颈部转动的左右两个极限位置及中部各装一只TL-Q5MC1型电感式接近开关。

肘关节电机、肩关节电机A、肩关节电机B、颈关节电机、腕关节电机(15)均带有减速器，其中颈关节电机、腕关节电机所带减速器为齿轮减速器；肘关节电机、肩关节电机A、肩关节电机B的减速器为蜗轮蜗杆减速器，具有自琐功能，在肘关节电机的蜗轮蜗杆减速器后还有一个曲柄摇杆结构。

所述控制装置包括单片机控制模块；动作驱动模块，该模块有电机驱动和光电耦合器组成，并通过光电耦合器与单片机控制模块联接；记忆模块，它与单片机控制模块联接，可对机器人的各个动作进行记忆，实现脱机操作；检测模块，它与单片机控制模块联接，可检测系统电源侦测、上电复位和程序运行；位置检测模块，它与单片机控制模块联接，通过传感器对机器人的手臂的位置进行采样；信号采样模块，它为安装在机器人头部的摄像头，它与图像处理模块联接，由图像处理模块对图像处理后产生数字信号，该数字信号输出给数据终端模块，也可同时输出到单片机模块，以便对路口的车辆进行监控；数据终端模块，它通过标准RS-232接口模块与单片机联接，该数据终端模块具有GPRS/CDMA网络接口，可通过无线网络联接到数据中心。

所述单片机模块中的单片机型号为89C52；所述记忆模块采用型号为RAM24256的芯片；所述检测模块采用型号为MAX813L的芯片；所述图像处理模块采用基于TI的DSP TMS320C64X芯片；所述数据终端模块采用型号为H7112C的芯片。

本实用新型采用了自动控制的机器人，不仅能通过网络对机器人进行操控，实现交通管理的功能，还可脱机运行，将有助于实现交通指挥的自动化和智能化，从而把交警从恶劣的环境和繁忙的劳动中解脱出来，坐在办公室中通过计算机就可以轻松的指挥交通，从而大大的减轻了交警的劳动强度、提高了交警的工作效率。本实用新型既可以根据信号灯的变化自动完成相应的指挥动作，还可以由交警通过计算机控制其动作。它可以通过装在其头部的摄像头来对交通路口信息进行采集与数字化处理，并且经过单片机进行处理、存储或通过网络传输到交通指挥中心的计算机上，数据通信与机器人交警组网设计及多路口导航控制策略优化设计，实现数据服务中心管理系统设计与计算机辅助交通指挥。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型的头部装置结构示意图；

图3为本实用新型的侧面结构示意图；

图4为控制系统的结构框图；

图5为数据终端模块芯片的结构框图及与接口电路的联接图。

其中，1小臂支架，2.肘关节电机，3.大臂支架，4.电感式接近开关，5.肩关节电机A，6.肩部支架，7.紧进螺钉，8.颈关节电机，9.盘头螺钉，10.轴承套，11.轴承，12.联轴器，13.肩关节电机A输出主轴，14.肘关节电机输出主轴，15.腕关节电机，16.手掌，17.转盘，18.腿部支架，19.螺栓，20.肩关节电机B输出主轴，21.固定螺栓，22.肩关节电机B，23.胸腹部支架，24固定螺栓，25弹簧卡圈A，26.弹簧卡圈B，27.单片机控制模块，28.动作驱动模块29.记忆模块，30.检测模块，31.位置检测模块，32.信号采样模块，33.图像处理模块，34.数据终端模块，35.接口模块。

具体实施方式

本实用新型的机器人如图1所示，包括头部装置，如图2所示，它有颈关节电机8，颈关节电机8通过盘头螺钉9固定在轴承套10上，其输出轴通过紧进螺钉7固定在连轴器12上，连轴器12通过卡簧圈A25与轴承11联接，并通过卡簧圈B26与轴承套10联接。机器人的头部外壳固定在轴承套10的最外圆周上，连轴器12固定在胸腹部支架23上。当给电机通电的时候，其输出轴不动，电机机身带动头部外壳转动。颈关节电机8带有齿轮减速器，其额定转速为30转/分，转矩为4.5牛米。该电机用来实现机器人的摆头动作。由于机器人的颈部空间比较小，头内部的空间相对较大，而且机器人的摆头只是在一个大约180度的范围内往复转动，所以将该电机倒装在头部，将电机轴通过连轴器12固定在固定支架上。当该电机执行摆头动作时由电机机壳带动轴承套10及固定在其上面的机器人头部外壳一起转动，完成机器人的摆头动作。

躯干部分包括胸腹部支架23和腿部支架18，两者由螺栓19固定联接，腿部支架18由固定螺栓24与转盘17固定在一起，如图1所示，它的底部通过一个伞形齿轮与带动其转动的电机相连。

手臂装置左右对称，由手掌16、小臂支架1、大臂支架3及安装在其上的腕关节电机15、肘关节电机2、肩关节电机A5、肩关节电机B22组成，其中肘关节电机2、肩关节电机A5、肩关节电机B22带有蜗轮蜗杆减速器，不仅可以实现减速的目的而且还具有自锁功能，颈关节电机8和腕关节电机15上带有齿轮减速器。其中肩关节电机B22，额定功率80W，左右各一个，通过固定螺栓21交错装在机器人的胸腹部支架23上。用来实现手臂的向前伸展和放下，同时当手臂侧向伸平之后，该电机地转动可以用来改变肘关节以及腕关节在空间的方向，用以改变小臂弯曲的方向。由于蜗轮蜗杆机构的自锁功能，当手臂在某个动作完成到位之后无需再另外施加扭矩，手臂将自动的保持在该的位置。肘关节电机2和肩关节电机A5的蜗轮蜗杆减速器同样可以起到这样的作用，该电机通过三个均匀分布的螺栓固定在胸腹部支架上。

手臂的侧向伸展动作由肩关节电机A5来实现，该电机的额定功率为30瓦。它通过肩部支架6固定在肩关节电机B输出主轴20上。肩关节电机22和肩关节电机5一起构成机器人的“肩关节”。

肘关节电机2为机器人的“肘关节”，功率为6W。它在蜗轮蜗杆减速器后还有一个曲柄摇杆机构，所以肘关节电机输出主轴14输出的运动形式为往复摆动，摆角大约为90度，该电机通过大臂支架3与肩关节电机A输出主轴13连接，肘关节电机输出主轴14与小臂支架1相连，带动小臂的摆动。腕关节电机15与颈关节电机8相同，它的机身固定在小臂支架上，输出主轴与机器人手掌16相连，通过控制它地转动来实现手腕地转动动作。

在肩关节电机A输出主轴13上有长条状金属薄片，在肩关节支架6上相应位置有三只TL-Q5MC1型电感式接近开关4，当“手臂”垂直放下的时，它与肩部支架6上面的接近开关4靠近，如图3所示。接近开关4将采集到的信号传给控制系统，控制系统经过数据分析便知道当前大臂的位置，当手臂运动时，控制系统根据两个接近开关发送信号的先后顺序来判断手臂的运动方向。与肩关节电机A5对称布置的肩关节电机B输出主轴20上有长条状金属薄片，在肩关节支架6上与长条状金属薄片相应的位置有三只TL-Q5MC1型电感式接近开关4；左右两臂的肘关节处的支架上分别设有两只TL-Q5MC1型电感式接近开关4，用于检测小臂到达的位置；在机器人颈部转动的左右两个极限位置及中部各装一只TL-Q5MC1型电感式接近开关4。

在胸腹部支架23上还有控制装置，如图4所示，该装置包括单片机控制模块27、位置检测模块31、动作驱动模块28、记忆模块29、检测模块30、数据终端模块34、信号采样模块32、图像处理模块33组成。单片机控制模块27由型号为89c52的单片机构成；动作驱动模块28由电机和光电耦合器构成，并通过光电耦合器与单片机联接；记忆模块29由型号为RAM24256的芯片组成，用于将机器人的各项动作预先储存起来，即便机器人在无法联网时仍能进行各项动作；检测模块30由信号为MAX813L的芯片构成，用于系统电源侦测、上电复位和程序运行的“看门狗”，以保证系统的可靠运行。位置检测模块31与单片机联接，可对机器人的各项动作是否到位进行检测；信号采样模块32为安装在机器人头部眼睛部位的两个摄像头，可以对车辆的越线等在位置上违规做出判断，并且可以将违规车辆的数字化资料存储起来或通过数据终端模块34DTU将信号通过GPRS/CDMA网络传到指定的计算机上，它还可将信号送往单片机控制模块27进行信号的处理；图像处理模块33采用基于TI的DSP TMS320C64X芯片设计的，DSP的计算能力可达到4Gips以上，可以做实时的视频和音频的采集、压缩，支持网络开发应用。采用基于对象的编码技术，将图像中表征实体纹理、形状、运动的信息编码。经DSP处理后的车流量调节控制周期可传送到单片机的工作周期预置单元，实现自动调节；DSP处理后的车辆违章信息可转存到记忆模块29或通过数据终端模块34DTU传送到交通指挥中心；数据终端模块34为H7112C DTU模块，它通过标准RS-232接口模块35与单片机相连，如图5所示。同时，它还具有与GPRS/CDMA无线网络联接的功能，可实现对机器人的网络操作，通过该模块，各个路口的机器人之间，以及机器人与中央控制计算机间可实现网络联接，进行信息的共享。

机器人启动后，上电自检复位将各运动机构恢复到工作原点，根据工作模式选择网络联机运行或单机脱机运行，联机模式下交警的指挥动作及动作周期可由交通指挥中心下载更新，同时本地的交警机器人工作模式及状态参数可实时上传到交通指挥中心。在脱机模式下，交警机器人可根据预置的工作方式独立运行，在单片机的控制下周而复始地进行交通指挥。交警的标准动作及时序程序存储在存储单元，工作开始后单片机调用预置的动作程序，启动相应的控制电动机，当电动机带动的运动机构到达给定的位置时，该处的电感式接近开关将“位置到”的开关量信号传送给系统的位置检测单元，动作驱动控制单元制动该电动机。该系统中的每个自由度都分别由这样独立的位置环控制单元实现闭环控制，控制可靠、灵活。数据终端模块34DTU是基于GPRS/CDMA网络的无线数据传输模块，采用型号为H7112C DTU的模块，用于实现交警机器人的网络测控。

在交警机器人测控系统中，采用集中管理与分散监测方式，将交通指挥中心设为数据服务中心DSC，与路口机器人中的数据终端模块H7112C DTU数据通讯，形成两级分布式计算机测控系统。

主控室数据服务中心DSC是由高性能微机、通讯接口及设备、显示器、模拟屏、打印机等组成上位机。位于主控室的上位机完成整个系统的数据集中处理和对各分控点统一发布命令的功能。

交警机器人分控点以高性能的单片机、传感器、接口等组成，为实时在线控制机，执行交警机器人的动作控制，对执行电动机的电流、电压、位置及工作状态等参数的检测，同时经H7100 GPRS无线DDN系统与主控室进行控制和监测数据通信。

本实用新型控制系统中所用各模块均为公知电路及其组合，为本领域普通技术人员所知晓。但各模块并不仅限于公开的各型号，凡能够按照所给框图实现所述功能的各公知电路及其组合均为本专利的保护范围。

Claims (9)

1、一种网络化智能交通警察机器人，它包括头部装置，躯干装置，手臂装置等，其特征是：躯干装置由胸腹部支架(23)和腿部支架(18)等构成，在胸腹部支架(23)的上端为头部装置，胸腹部装置的两侧各有一手臂装置，每个手臂装置由大臂支架(3)和小臂支架(1)、手掌(16)等构成，躯干装置中有控制装置与其余各装置联接。

2、根据权利要求1所述的网络化智能交通警察机器人，其特征是：所述头部装置包括颈关节电机(8)，它通过盘头螺钉(9)与轴承套(10)固定，其输出轴通过紧进螺钉(7)与联轴器(12)联接，联轴器(12)安装在胸腹部支架(23)上，联轴器(12)通过卡簧圈A(25)与轴承(11)联接，并通过卡簧圈B(26)与轴承套(10)联接。

3、根据权利要求1所述的网络化智能交通警察机器人，其特征是：所述躯干装置包括胸腹部支架(23)，它通过螺栓(19)与腿部支架(18)固定，腿部支架(18)由固定螺栓(24)固定在转盘上(17)。

4、根据权利要求1所述的网络化智能交通警察机器人，其特征是：所述手臂装置有两个，左右对称的分布在躯干两侧，每个手臂装置包括手掌(16)，手掌(16)安装在小臂支架上(1)，小臂支架(1)与大臂支架(3)联接，大臂支架(3)与肩部支架(6)联接，肩部支架(6)与胸腹部支架(23)联接。

5、根据权利要求4所述的网络化智能交通警察机器人，其特征是：在小臂支架(1)末端有腕关节电机(15)，它固定在小臂支架(1)上，输出主轴与手掌(16)联接；在小臂支架(1)和大臂支架(3)联接处有肘关节电机(2)，它安装在大臂支架(3)上，肘关节电机输出主轴(14)与小臂支架(1)联接；在肩部支架(6)上有肩关节电机A(5)，在胸腹部支架(23)上通过固定螺栓(21)交错安装两个与各自手臂装置相配合的肩关节电机B(22)，肩关节电机A(22)通过肩部支架(6)固定在肩关节电机B(22)输出主轴(20)上，肩关节电机A(5)的输出主轴(13)与肘关节电机(2)联接。

6、根据权利要求5所述的网络化智能交通警察机器人，其特征是：肩关节电机A输出主轴(13)上有长条状金属薄片，在肩部支架(6)上相应位置有三只TL-Q5MC1型电感式接近开关(4)；与肩关节电机A(5)对称布置的肩关节电机B输出主轴(20)上有长条状金属薄片，在肩部支架(6)上相应的位置有三只TL-Q5MC1型电感式接近开关(4)；左右两臂的肘关节处的支架上分别设有两只TL-Q5MC1型电感式接近开关(4)，用于检测小臂到达的位置；在机器人颈部转动的左右两个极限位置及中部各装一只TL-Q5MC1型电感式接近开关(4)。

7、根据权利要求2或5或6所述的网络化智能交通警察机器人，其特征是：肘关节电机(2)、肩关节电机A(5)、肩关节电机B(22)、颈关节电机(8)、腕关节电机(15)均带有减速器，其中颈关节电机(8)、腕关节电机(15)所带减速器为齿轮减速器；肘关节电机(2)、肩关节电机A(5)、肩关节电机B(22)的减速器为蜗轮蜗杆减速器，具有自琐功能，在肘关节电机(2)的蜗轮蜗杆减速器后还有一个曲柄摇杆结构。

8、根据权利要求1所述的网络化智能交通警察机器人，其特征是：所述控制装置包括单片机控制模块(27)；动作驱动模块(28)，该模块有电机驱动和光电耦合器组成，并通过光电耦合器与单片机控制模块联接；记忆模块(29)，它与单片机控制模块联接，可对机器人的各个动作进行记忆，实现脱机操作；检测模块(30)，它与单片机控制模块联接，可检测系统电源侦测、上电复位和程序运行；位置检测模块(31)，它与单片机控制模块联接，通过传感器对机器人的手臂的位置进行采样；信号采样模块(32)，它为安装在机器人头部的摄像头，它与图像处理模块(33)联接，由图像处理模块(33)对图像处理后产生数字信号，该数字信号输出给数据终端模块(34)，也可同时输出到单片机模块(27)，以便对路口的车辆进行监控；数据终端模块(34)，它通过标准RS-232接口模块(35)与单片机联接，该数据终端模块(34)具有GPRS/CDMA网络接口，可通过无线网络联接到数据中心。

9、根据权利要求8所述的网络化智能交通警察机器人，其特征是：所述单片机模块(27)中的单片机型号为89C52；所述记忆模块(29)采用型号为RAM24256的芯片；所述检测模块(30)采用型号为MAX813L的芯片；所述图像处理模块(33)采用基于TI的DSP TMS320C64X芯片；所述数据终端模块(34)采用型号为H7112C的芯片。

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