通過遠程控制實現園區巡檢和野外勘察的履帶機器人系統的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及機器人技術領域，特別是一種通過遠程控制實現園區巡檢和野外勘察的履帶機器人系統。
【背景技術】
[0002]機器人能夠協助或取代人類的工作，為人類帶來許多便捷，可以廣泛應用到各行各業。在一些面積較大的園區，如果利用安裝監控器的方法保證安全，存在監控盲區；如果利用人工巡邏，需要投入大量的巡邏員；如果利用移動機器人進行園區巡邏，則可以解決這些問題。同樣，在野外勘察時，也可以利用移動機器人協助人類進行工作。本發明主要利用移動機器人進行園區巡邏和野外勘察。
[0003]要利用移動機器人進行園區巡邏和野外勘察，需要選擇合適的移動方式。
[0004]移動機器人分為履帶式、輪式、行走式、水下推進式等。本發明選用履帶式移動機器人，因為履帶式移動機器人具有更大的作用面，可以適應各種復雜多樣的路面，可自主爬樓梯和克服地形障礙，在凹凸不平的路面行進，還可以在惡劣環境下或野外作業等。
[0005]移動機器人能夠自動執行工作，主要有兩種方式:一種是通過人的控制；一種是通過事先設計好的程序。受限于已有技術和應用場景的復雜性和不確定性，履帶式機器人無法自主完成所有任務，本發明選用利用遠程控制系統的方法，人類觀測現場作業環境，做出行動決策，再下達命令給機器人執行。
[0006]由于履帶式移動機器人的運動和位置的不確定性，無線通訊成為了移動機器人必備的通訊方式。由于無線通訊的傳輸環境的復雜性和時變性，要在移動機器人作業現場和控制后臺之間實時的傳輸圖像、傳感、控制等信息，面臨著極大的挑戰。中國發明專利CN1331641C授權了一種保安機器尋路人，包括保安巡邏機器狗本體、安防監控系統、控制系統和多傳感器信息融合系統四部分，可以按照自主巡邏和人工操控兩種工作方式，能自主避開障礙物修改前進路線。但該發明存在以下不足:(1)采用無線模擬通訊技術傳輸圖像，可靠性和安全性不夠；(2)采用輪式機器人，無法適應野外等惡劣工作環境；(3)攝像機回轉范圍較小，無法適應野外考察的復雜環境。(4)只考慮單個移動機器人的場景，沒有考慮多個機器人之間的通訊、組網與協作，限制了移動機器人的使用范圍。
【發明內容】
[0007]本發明針對現有技術的上述缺陷，提出了一種通過遠程通訊控制實現園區巡檢和野外勘察的履帶式機器人系統。本系統包括遠程通訊控制中心和若干個履帶式機器人系統；其中，所述遠程通訊控制中心，對履帶式移動機器人反饋的信息進行解碼、分析和決策；根據獲取的信息對履帶式移動機器人的行動發送命令；所述履帶式機器人系統，根據遠程控制中心發送的命令執行不同的運動和操作；當沒有收到遠程控制中心的命令時，具有一定的自主性，能夠自己檢測環境，執行常規任務；和其它移動機器人通過自組網的方式相互通訊，相互協作；其中，所述遠程通訊控制中心和所述履帶式移動機器人，以及履帶式移動機器人之間通過無線信號收發模塊進行信息交互。
[0008]進一步的，所述遠程通訊控制中心包括輸入輸出模塊、控制與決策模塊、補償與預測模塊、統計分析模塊、無線通信網絡、控制模塊，執行模塊以及反饋模塊；其中，所述輸入輸出模塊支持視頻顯示和地圖顯示兩種模式，支持語音和頁面輸入輸出，能夠生成文字或圖在界面中進行顯示；所述控制與決策模塊接收輸入輸出模塊的信息，進行任務分配，路徑規劃等，并生成控制命令，通過通訊模塊和無線通訊網絡發送給所述履帶式移動機器人；所述補償與預測模塊根據統計學習得到的信息，對控制命令等進行補償；所述統計分析模塊監控通訊模塊和無線通訊網絡，獲取網絡狀態、控制誤差等信息，根據數據類型將接收到的全部數據進行分析；所述履帶式移動機器人包含有控制模塊和執行模塊和反饋模塊，自身維護一個小的反饋系統，并通過無線通訊網絡將反饋結果反饋給遠程通訊控制中心；遠程通訊控制中心從所述履帶式移動機器人接收反饋信息，發送給所述統計分析模塊和所述輸入輸出模塊。
[0009]進一步的，所述履帶式移動機器人包括電源模塊、控制模塊、信號采集模塊、監控模塊、運動模塊、通訊模塊以及輸入輸出模塊；其中，所述控制模塊連接所述電源模塊、信號采集模塊、監控模塊、運動模塊、通訊模塊以及輸入輸出模塊，負責整個系統的狀態控制、命令解析、命令發送；所述運動模塊，接收控制模塊發送的命令后，對履帶式機器人的運動狀態、運動軌跡等進行調整；另外，還會對監控模塊的攝像頭進行旋轉、升降、調度調整，保證監控模塊能夠高效的采集信息。
[0010]更進一步的，所述控制模塊包括系統控制與決策模塊，狀態監控與控制模塊，信息采集控制模塊，通訊控制模塊，以及運動控制模塊；
其中，所述系統控制與決策模塊是履帶式移動機器人的大腦，負責整個履帶式移動機器人行為；
所述狀態監控與控制模塊通過對狀態監控傳感器組進行控制，對自身的狀態進行監控，防止意外發生；
所述信息采集控制模塊控制信息采集傳感器組進行信息采集；
所述通訊控制模塊控制通訊模塊的收發、通訊資源分配、控制參數配置與維護；
所述運動控制模塊控制機器人的行走、掉頭、調速、爬坡等，并接收運動模塊的反饋。
[0011]更進一步的，所述分析控制模塊根據設定的模式和操作環境自動選擇常規巡邏模式還是遠程操作控制模式，并根據設定的模式進行工作。
[0012]本發明還提出一種履帶式移動機器人組網方法，遠程通訊控制中心發送組網命令至履帶式移動機器人；所述履帶式移動機器人根據所述組網命令主動掃描和偵聽系統中設定的無線頻點，并通過偵聽到的頻點和信息，建立和其他履帶式移動機器人的通訊；每個履帶式移動機器人分別占用一個時隙信道，將獲得指定所述組網的數據上報給遠程通訊控制中心；所述遠程通訊控制中心根據上報信息對接收到的組網數據進行分析和優化，并將優化結果轉化成命令消息發送給履帶式移動機器人；其中，所述遠程通訊控制中心和所述履帶式移動機器人以及履帶式移動機器人均通過無線通訊網絡進行數據交互。
[0013]進一步的，當遠程通訊控制中心和履帶式移動機器人之間的通訊鏈路中斷后，所述履帶式移動機器人能夠主動掃描和偵聽系統中設定的無線頻點，建立和其他履帶式移動機器人的通訊，以其他履帶式移動機器人作為中繼，建立與遠程通訊控制中心的通信通路。
[0014]更進一步的，當履帶式移動機器人傳回的圖像中包含人時，遠程通訊控制中心根據需要利用機器人作為對講機和圖像中的人進行交流，進行相關的咨詢、盤問，了解現場情況。
[0015]更進一步的，履帶式機器人將接收到的異常數據與突發情況進行上報，并根據需要進行預警。
[0016]采用上述履帶式機器人系統或方法后，針對園區巡檢和野外勘察的環境復雜性，能夠同時對多個履帶式機器人進行同時的實時遠程控制，并能夠根據現場環境情況進行組網，實現履帶式機器人之間的相互通訊和協作，擴大機器人的活動范圍和應用范圍，節約人力、物力。
【附圖說明】
[0017]下面結合附圖和【具體實施方式】對本發明作進一步詳細的說明。
[0018]圖1為本發明的結構示意圖。
[0019]圖2為本發明遠程通訊控制中心的原理框圖。
[0020]圖3為本發明履帶式機器人的原理框圖。
[0021]圖4為本發明履帶式機器人的控制系統框圖。
[0022]圖5為本發明履帶式機器人常規巡邏時的操作流程圖。
[0023]圖中:I為遠程通訊控制中心，2為履帶式機器人，3為無線通訊網絡，101為輸入輸出模塊，102為控制與決策模塊，103為補償與預測模塊，104為統計學習模塊，106為控制模塊，107為執行模塊，108為反饋模塊，201為輸出模塊，202為信息采集傳感器組，203為運動模塊，204為通訊模塊，205為狀態監控傳感器組，206為電源模塊，301為系統控制與決策模塊，302為狀態監控與控制模塊，303為信息采集控制模塊，304為通訊控制模塊，305為運動控制模塊，306為驅動電路模塊，307為光電編碼器，308為數據庫。
【具體實施方式】
[0024]如圖1所示，本發明的物聯網檢測系統包括遠程通訊控制中心1，所述遠程通訊控制中心I上連接有無線信號收發模塊，還包括信號處理模塊、分析模塊2，所述履帶式機器人2上也連接有無線信號收發模塊，這樣遠程通訊控制中心與履帶式機器人之間通過無線通訊網絡3進行數據交換。這樣通過無線通訊網絡2遠程通訊控制中心I發送控制命令給履帶式機器人2，履帶式機器人2接收與其對應的運行狀態控制相關的數據，然后根據遠程控制中心發送的命令執行不同的運動和操作，當沒有收到遠程控制中心的命令時，根據預先設計好的路線和傳感器獲得的數據檢測，自行檢測環境，執行常規任務。
[0025]更進一步的，圖1中的無線通訊網絡3是由多個獨立的無線通訊網絡組成的異構無線通訊網絡