[發(fā)明專利]一種3G警用移動(dòng)機(jī)器人雙余度控制系統(tǒng)

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210555050.7
• 申請(qǐng)日: 2012-12-20
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103064377A
• 公開(kāi)（公告）日: 2013-04-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉久富;陳哲;王正謙;梁娟娟;朱丹丹;陳柯
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京航空航天大學(xué)
• 主分類號(hào): G05B19/418
• 分類號(hào): G05B19/418;G05B9/03
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種移動(dòng)機(jī)器人控制技術(shù)，特別地涉及一種3G警用移動(dòng)機(jī)器人雙余度控制系統(tǒng)。?

背景技術(shù)

警用移動(dòng)機(jī)器人在國(guó)防行業(yè)具有廣闊的應(yīng)用前景，其主要需要解決的難題是如何在復(fù)雜環(huán)境下將人工智能技術(shù)應(yīng)用于機(jī)器人系統(tǒng)，以完成自主推理、規(guī)劃和控制的功能。其面臨的環(huán)境更為復(fù)雜，從而對(duì)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提出了更高的要求。由于環(huán)境感知、自主定位與導(dǎo)航等技術(shù)瓶頸的存在，完全自主移動(dòng)機(jī)器人在目前還難以走向?qū)嵱谩２捎眠h(yuǎn)程控制機(jī)制，能有效地解決上述問(wèn)題。?

警用移動(dòng)機(jī)器人采用遠(yuǎn)程控制機(jī)制，使其能夠在危險(xiǎn)環(huán)境下工作，又能夠在人力不可及的范圍內(nèi)完成特定的任務(wù)，如處理放射性物質(zhì)以及排爆、危險(xiǎn)區(qū)域巡邏、偵查、監(jiān)視等。?

當(dāng)前相對(duì)成熟的機(jī)器人無(wú)線控制方式主要有基于GSM/GPRS網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程監(jiān)控、基于WiFi無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的PC機(jī)操控、紅外線遙控等。這些操控方式基本滿足了現(xiàn)有機(jī)器人的應(yīng)用需求，但是受到設(shè)備、技術(shù)和環(huán)境條件的制約各有優(yōu)缺點(diǎn)。3G技術(shù)的發(fā)展，為機(jī)器人無(wú)線監(jiān)控系統(tǒng)的搭建提供了一種新的解決方案，系統(tǒng)設(shè)計(jì)可以擺脫帶寬和覆蓋面的限制，實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜的功能。?

以往所常用的以工業(yè)控制計(jì)算機(jī)插擴(kuò)展板卡作為控制中心的方式逐漸暴露出一些缺點(diǎn)：可靠性較低，不適合環(huán)境惡劣和可靠性要求高的場(chǎng)合；板卡功能較單一，難以滿足特殊需求，擴(kuò)展成本高，遠(yuǎn)程調(diào)試及軟件更新困難；功耗大、體積大，不能滿足某些特定行業(yè)的需要。為降低機(jī)器人運(yùn)行過(guò)程中的失控概率，本發(fā)明將雙余度控制的思想運(yùn)用到警用移動(dòng)機(jī)器人智能控制系統(tǒng)中，采用雙主控板控制，且實(shí)現(xiàn)了兩者之間的相互備份和實(shí)時(shí)監(jiān)控，以及系統(tǒng)異常情況下的控制切換和平穩(wěn)過(guò)渡。?

發(fā)明內(nèi)容：

本發(fā)明的目的是提供一種具有較高智能化程度和數(shù)據(jù)處理能力的警用移動(dòng)機(jī)器人智能控制系統(tǒng)，能滿足警用移動(dòng)機(jī)器人復(fù)雜實(shí)時(shí)控制任務(wù)、小區(qū)巡邏的需求和復(fù)雜環(huán)境下系統(tǒng)可靠性要求。它能夠按照給定的任務(wù)指令，根據(jù)已知的信息作出全局路徑規(guī)劃，并在行進(jìn)中不斷感知周?chē)木植凯h(huán)境信息，自主地作出各種決策，自動(dòng)避開(kāi)障礙物，引導(dǎo)自身安全行駛到指定的目標(biāo)，執(zhí)行要求的動(dòng)作和操作。同時(shí)通過(guò)3G無(wú)線網(wǎng)絡(luò)不斷向遠(yuǎn)程控制平臺(tái)傳送自身狀態(tài)信息，使操作人員能夠根據(jù)實(shí)時(shí)狀況不斷調(diào)整其狀態(tài)。?

本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：?

本發(fā)明的3G警用移動(dòng)機(jī)器人雙余度控制系統(tǒng)，其特征在于，包括遠(yuǎn)程控制平臺(tái)和本地控制系統(tǒng)，其中本地控制系統(tǒng)包括中央控制計(jì)算機(jī)、運(yùn)動(dòng)控制模塊、雙目視覺(jué)模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、無(wú)線通信模塊、CAN通信模塊、傳感器模塊等；?

所述遠(yuǎn)程控制平臺(tái)從遠(yuǎn)程終端即具有3G功能的智能手機(jī)或PDA對(duì)機(jī)器人進(jìn)行監(jiān)控。對(duì)監(jiān)控信息進(jìn)行反饋，以虛擬顯示的形式呈現(xiàn)給用戶。人工操作人員根據(jù)機(jī)器人傳輸回的數(shù)據(jù)對(duì)機(jī)器人進(jìn)行操控；?

所述中央控制計(jì)算機(jī)接收遠(yuǎn)程控制平臺(tái)發(fā)送的指令，通過(guò)軟件完成警用移動(dòng)機(jī)器人的整體任務(wù)調(diào)度、控制策略規(guī)劃、人機(jī)通訊、視覺(jué)信息處理，以對(duì)警用移動(dòng)機(jī)器人進(jìn)行遠(yuǎn)程控制；?

所述運(yùn)動(dòng)控制模塊包括兩塊冗余備份的主控板，所述主控板接收遠(yuǎn)程控制平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)指令，控制完成機(jī)器人的四個(gè)驅(qū)動(dòng)輪上直流有刷電機(jī)的協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)；?

所述雙目視覺(jué)模塊完成機(jī)器人移動(dòng)過(guò)程中周?chē)h(huán)境彩色圖像的采集和處理；?

所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊包括云臺(tái)電機(jī)控制模塊和四個(gè)直流有刷電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制模塊，四個(gè)直流有刷電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制模塊分別接收機(jī)器人四個(gè)驅(qū)動(dòng)輪上的電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)角速度和角位移反饋信號(hào)，完成直流有刷電機(jī)的電流驅(qū)動(dòng)、位置環(huán)控制、速度環(huán)控制和電流環(huán)控制，同時(shí)具有電機(jī)的過(guò)流保護(hù)功能，并為機(jī)器人全局和局部定位提供信息；?

所述導(dǎo)航定位模塊即GPS模塊，以獲得機(jī)器人全局定位數(shù)據(jù)；?

所述無(wú)線通信模塊為3G網(wǎng)絡(luò)通信模塊，建立以B/S為主要模式的具有良好擴(kuò)展性的控制系統(tǒng)，完成機(jī)器人與遠(yuǎn)程控制平臺(tái)的交互；?

所述CAN通信總線包括兩個(gè)CAN總線控制器、兩個(gè)CAN總線收發(fā)器、兩條CAN總線線纜，整體具有雙冗余備份的架構(gòu)，完成中央控制計(jì)算機(jī)運(yùn)動(dòng)控制模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊之間的通信。?

所述本地控制系統(tǒng)中的中央控制計(jì)算機(jī)、運(yùn)動(dòng)控制模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊之間通過(guò)雙冗余的CAN總線連接，所述雙目視覺(jué)模塊與中央控制計(jì)算機(jī)之間通過(guò)IEEE1394接口連接。?