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CN112276975A - 一种面向复杂环境的大载荷应急救援机器人控制系统 - Google Patents

一种面向复杂环境的大载荷应急救援机器人控制系统 Download PDF

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CN112276975A CN202011186864.9A CN202011186864A CN112276975A CN 112276975 A CN112276975 A CN 112276975A CN 202011186864 A CN202011186864 A CN 202011186864A CN 112276975 A CN112276975 A CN 112276975A
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吴爱枝
文明
刘艳
时德轶
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Abstract

本发明公开了一种面向复杂环境的大载荷应急救援机器人控制系统，其结构包括：机器人底盘控制子系统、机械臂控制子系统、通信子系统、视频子系统、自动收放线控制子系统、终端显示控制子系统，机器人底盘控制子系统通过通信子系统的串转WIFI模块与终端显示控制子系统连接，机器人底盘控制子系统的底盘主控制器通过CAN线与机械臂控制器连接；本发明所述的技术方案具有液压系统负荷大和电动系统操控方便的特点；无线与有线双通信机制：保证在电磁干扰严重的情况下，通信正常；同时本发明结构设计由于合理且简单，因此易于实现，适合推广应用。

Description

一种面向复杂环境的大载荷应急救援机器人控制系统
技术领域
本发明涉及智能救援机器人，具体地说是一种面向复杂环境的大载荷应急救援机器人控制系统。
背景技术
近些年，战争、恐怖袭击等突发事件、地震、海啸等自然灾害及潜在的核、化、生和爆炸物等严重威胁着人类的生命与财产安全。各种灾难发生次数增多的同时， 其严重性、多样性和复杂度也逐渐增加。灾难发生后的72ｈ为黄金抢救时间，但受灾难现场的非结构化环境的影响，救援人员难以快速、高效、安全地进行工作，且救援任务逐渐超出了救援人员的能力范围，因此救援机器人已经成为一个重要的发展方向。
目前，多数救援机器人主要还是以搜索救援目标为主，待机器人发现救援目标后，将救援信息发送至救援指挥部，由救援指挥人员根据救援信息和路况，决定派遣救援人员或其他救援设备实施救援动作，救援效率低。
因此本领域技术人员还应及时解决上述问题。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的缺点，提供具有复杂环境通过能力、实时交互能力、快速更换救援工具、载荷大以及现场实施救援动作等特点的一种面向复杂环境的大载荷应急救援机器人控制系统。
本发明是通过以下技术方案来实现：一种面向复杂环境的大载荷应急救援机器人控制系统，其结构包括：机器人底盘控制子系统（1）、机械臂控制子系统（2）、通信子系统（3）、视频子系统（4）、自动收放线控制子系统（5）、终端显示控制子系统（6），机器人底盘控制子系统（1）主要包括倾角传感器（7）、温度传感器（8）、行走电机驱动系统（9）、底盘主控制器（10）；机械臂控制子系统（2）包括机械臂控制器（11），机械臂控制器（11）分别与温度压力传感器（12）、角度传感器（13）、电动手臂部分（14）、液压手臂部分（15）连接；通信子系统（3）包括串口转网口模块（16）、交换机一（17）、无线网桥模块一（21）、无线网桥模块二（24）、光纤收发器一（22）、光纤收发器二（23）、串转WIFI模块（25）组成；视频子系统包括机械臂肩部云台（18）、机械臂腕部摄像机（19）、全景成像系统（20）；自动收放线控制子系统（5）包括交换机二（26）、卷线器控制器（27）、WIFI模块（28）、收放线电机驱动系统（29）；终端显示控制子系统（6）包括：工控机（30）、遥控器控制板（31）、左按键板（32）、右按键板（33）；
机器人底盘控制子系统（1）通过通信子系统（3）的串转WIFI模块（25）与终端显示控制子系统（6）连接，机器人底盘控制子系统（1）的底盘主控制器（10）通过CAN线与机械臂控制器（11）连接。
作为优选，所述倾角传感器（7）用以实时检测机器人在行走过程中X方向和Y方向的倾斜角度，并通过底盘主控制器（10）和通信子系统（3）传输至终端显示控制子系统（6）并实时显示；温度传感器（8）用以检测机器人在工作过程中车体内部温度；行走电机驱动系统（9）接收底盘主控制器（10）下发的速度指令，实现前进、后退、转弯、停止运动。
作为优选，所述通信子系统（3）完成终端控制子系统（6）控制指令到底盘主控制器（10）、机械臂控制器（11）、卷线器控制器（27）的下发，以及将底盘主控制器（10）、机械臂控制器（11）、卷线器控制器（27）的反馈信息和视频子系统（4）的视频信息传输至终端显示控制子系统（6）；当采用无线通信方式时，卷线器控制器（27）不参与控制，信息传输由安装在机器人底盘控制子系统（1）的无线网桥模块一（21）和终端显示控制子系统（6）的无线网桥模块二（24）完成；当采用有线通信方式时，底盘主控制器（10）、机械臂控制器（11）和视频子系统（4）的信息通过自动卷线器控制器（27）上的光纤收发器一（22）、光纤收发器二（23）及WIFI模块（28）与终端显示控制子系统（6）进行通讯。
作为优选，所述视频子系统（4）包括机械臂肩部云台（18）、机械臂腕部摄像机（19）、全景成像系统（20）；械臂肩部云台（18）、机械臂腕部摄像机（19）、全景成像系统（20）分别通过网络与交换机一（17）连接，视频子系统（4）用以提供机器人前进过程中周边环境以及救援目标处的环境视频信息，方便远程救援。
作为优选，所述自动收放线控制子系统（5）包括交换机二（26）分别与卷线器控制器（27）和WIFI模块（28）连接，收放线电机驱动系统（29）通过CAN总线与卷线器控制器（27）连接；自动收放线控制子系统（5）主要用于环境中电磁干扰比较严重，无线通讯方式不能应用的场合。
作为优选，所述终端显示控制子系统（6）包括工控机（30）、遥控器控制板（31）、左按键板（32）、右按键板（33）；遥控器控制板（31）检测左按键板（32）和右按键板（33）的按键变化情况后通过串口将按键信息传输至工控机（30）；工控机（30）根据变化的按键值，控制机器人执行相应的动作，比如机器人前进、后退、机械臂伸展收回。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：本发明所述的技术方案具有液压系统负荷大和电动系统操控方便的特点；多路视频信号传输系统：底盘全景成像系统、机械臂肩膀云台及腕部摄像头，能清晰的显示机器人在行进路线上周边的环境状况，当发现就要目标后，通过调整机械臂位姿，实施救援工作；无线与有线双通信机制：保证在电磁干扰严重的情况下，通信正常；同时本发明结构设计由于合理且简单，因此易于实现，适合推广应用。
附图说明
附图1是本发明的结构连接关系示意图；
附图2是本发明的工作流程示意图；
附图中的标记分别表示：
1-机器人底盘控制子系统；2-机械臂控制子系统；3-通信子系统；4-视频子系统；5-自动收放线控制子系统；6-终端显示控制子系统；7-倾角传感器；8-温度传感器；9-行走电机驱动系统；10-底盘主控制器；11-机械臂控制器；12-温度压力传感器；13-角度传感器；14-电动手臂部分；15-液压手臂部分；16-串口转网口模块；17-交换机一；18-机械臂肩部云台；19-机械臂腕部摄像机；20-全景成像系统；21-无线网桥模块一；22-纤收发器一；23-光纤收发器二；24-无线网桥模块二；25-串转WIFI模块；26-交换机二；27-卷线器控制器；28-WIFI模块；29-收放线电机驱动系统；30-工控机；31-遥控器控制板；32-左按键板；33-右按键板。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明作详细的说明。
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如附图所示，所述一种面向复杂环境的大载荷应急救援机器人控制系统，其结构包括：机器人底盘控制子系统1、机械臂控制子系统2、通信子系统3、视频子系统4、自动收放线控制子系统5、终端显示控制子系统6，机器人底盘控制子系统1主要包括倾角传感器7、温度传感器8、行走电机驱动系统9、底盘主控制器10；机械臂控制子系统2包括机械臂控制器11，机械臂控制器11分别与温度压力传感器12、角度传感器13、电动手臂部分14、液压手臂部分15连接；通信子系统3包括串口转网口模块16、交换机一17、无线网桥模块一21、无线网桥模块二24、光纤收发器一22、光纤收发器二23、串转WIFI模块25组成；视频子系统包括机械臂肩部云台18、机械臂腕部摄像机19、全景成像系统20；自动收放线控制子系统5包括交换机二26、卷线器控制器27、WIFI模块28、收放线电机驱动系统29；终端显示控制子系统6包括：工控机30、遥控器控制板31、左按键板32、右按键板33；
机器人底盘控制子系统1通过通信子系统3的串转WIFI模块25与终端显示控制子系统6连接，机器人底盘控制子系统1的底盘主控制器10通过CAN线与机械臂控制器11连接。
具体实施过程中，所述倾角传感器7用以实时检测机器人在行走过程中X方向和Y方向的倾斜角度，并通过底盘主控制器10和通信子系统3传输至终端显示控制子系统6并实时显示；温度传感器8用以检测机器人在工作过程中车体内部温度；行走电机驱动系统9接收底盘主控制器10下发的速度指令，实现前进、后退、转弯、停止运动。
具体实施过程中，所述通信子系统3完成终端控制子系统6控制指令到底盘主控制器10、机械臂控制器11、卷线器控制器27的下发，以及将底盘主控制器10、机械臂控制器11、卷线器控制器27的反馈信息和视频子系统4的视频信息传输至终端显示控制子系统6；当采用无线通信方式时，卷线器控制器27不参与控制，信息传输由安装在机器人底盘控制子系统1的无线网桥模块一21和终端显示控制子系统6的无线网桥模块二24完成；当采用有线通信方式时，底盘主控制器10、机械臂控制器11和视频子系统4的信息通过自动卷线器控制器27上的光纤收发器一22、光纤收发器二23及WIFI模块28与终端显示控制子系统6进行通讯。
具体实施过程中，所述视频子系统4包括机械臂肩部云台18、机械臂腕部摄像机19、全景成像系统20；械臂肩部云台18、机械臂腕部摄像机19、全景成像系统20分别通过网络与交换机一17连接，视频子系统4用以提供机器人前进过程中周边环境以及救援目标处的环境视频信息，方便远程救援。
具体实施过程中，所述自动收放线控制子系统5包括交换机二26分别与卷线器控制器27和WIFI模块28连接，收放线电机驱动系统29通过CAN总线与卷线器控制器27连接；自动收放线控制子系统5主要用于环境中电磁干扰比较严重，无线通讯方式不能应用的场合。
具体实施过程中，所述终端显示控制子系统6包括工控机30、遥控器控制板31、左按键板32、右按键板33；遥控器控制板31检测左按键板32和右按键板33的按键变化情况后通过串口将按键信息传输至工控机30；工控机30根据变化的按键值，控制机器人执行相应的动作，比如机器人前进、后退、机械臂伸展收回。
本专利设计的一种面向复杂环境的大载荷应急救援机器人控制系统相比现有的技术具有：1）履带式底盘结构：具备复杂环境通过能力；2）液压与电动混合式机械臂结构：机器人同时具有液压系统负荷大和电动系统操控方便的特点；3）多路视频信号传输系统：底盘全景成像系统、机械臂肩膀云台及腕部摄像头，能清晰的显示机器人在行进路线上周边的环境状况，当发现就要目标后，通过调整机械臂位姿，实施救援工作；4）无线与有线双通信机制：保证在电磁干扰严重的情况下，通信正常。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种面向复杂环境的大载荷应急救援机器人控制系统，其特征在于，其结构包括：机器人底盘控制子系统（1）、机械臂控制子系统（2）、通信子系统（3）、视频子系统（4）、自动收放线控制子系统（5）、终端显示控制子系统（6），机器人底盘控制子系统（1）主要包括倾角传感器（7）、温度传感器（8）、行走电机驱动系统（9）、底盘主控制器（10）；机械臂控制子系统（2）包括机械臂控制器（11），机械臂控制器（11）分别与温度压力传感器（12）、角度传感器（13）、电动手臂部分（14）、液压手臂部分（15）连接；通信子系统（3）包括串口转网口模块（16）、交换机一（17）、无线网桥模块一（21）、无线网桥模块二（24）、光纤收发器一（22）、光纤收发器二（23）、串转WIFI模块（25）组成；视频子系统包括机械臂肩部云台（18）、机械臂腕部摄像机（19）、全景成像系统（20）；自动收放线控制子系统（5）包括交换机二（26）、卷线器控制器（27）、WIFI模块（28）、收放线电机驱动系统（29）；终端显示控制子系统（6）包括工控机（30）、遥控器控制板（31）、左按键板（32）、右按键板（33）；
机器人底盘控制子系统（1）通过通信子系统（3）的串转WIFI模块（25）与终端显示控制子系统（6）连接，机器人底盘控制子系统（1）的底盘主控制器（10）通过CAN线与机械臂控制器（11）连接。
2.根据权利要求1所述的一种面向复杂环境的大载荷应急救援机器人控制系统，其特征在于，倾角传感器（7）用以实时检测机器人在行走过程中X方向和Y方向的倾斜角度，并通过底盘主控制器（10）和通信子系统（3）传输至终端显示控制子系统（6）并实时显示；温度传感器（8）用以检测机器人在工作过程中车体内部温度；行走电机驱动系统（9）接收底盘主控制器（10）下发的速度指令，实现前进、后退、转弯、停止运动。
3.根据权利要求1所述的一种面向复杂环境的大载荷应急救援机器人控制系统，其特征在于，通信子系统（3）完成终端控制子系统（6）控制指令到底盘主控制器（10）、机械臂控制器（11）、卷线器控制器（27）的下发，以及将底盘主控制器（10）、机械臂控制器（11）、卷线器控制器（27）的反馈信息和视频子系统（4）的视频信息传输至终端显示控制子系统（6）；当采用无线通信方式时，卷线器控制器（27）不参与控制，信息传输由安装在机器人底盘控制子系统（1）的无线网桥模块一（21）和终端显示控制子系统（6）的无线网桥模块二（24）完成；当采用有线通信方式时，底盘主控制器（10）、机械臂控制器（11）和视频子系统（4）的信息通过自动卷线器控制器（27）上的光纤收发器一（22）、光纤收发器二（23）及WIFI模块（28）与终端显示控制子系统（6）进行通讯。
4.根据权利要求1所述的一种面向复杂环境的大载荷应急救援机器人控制系统，其特征在于，视频子系统（4）包括机械臂肩部云台（18）、机械臂腕部摄像机（19）、全景成像系统（20）；械臂肩部云台（18）、机械臂腕部摄像机（19）、全景成像系统（20）分别通过网络与交换机一（17）连接，视频子系统（4）用以提供机器人前进过程中周边环境以及救援目标处的环境视频信息，方便远程救援。
5.根据权利要求1所述的一种面向复杂环境的大载荷应急救援机器人控制系统，其特征在于，自动收放线控制子系统（5）包括交换机二（26）分别与卷线器控制器（27）和WIFI模块（28）连接，收放线电机驱动系统（29）通过CAN总线与卷线器控制器（27）连接；自动收放线控制子系统（5）主要用于环境中电磁干扰比较严重，无线通讯方式不能应用的场合。
6.根据权利要求1所述的一种面向复杂环境的大载荷应急救援机器人控制系统，其特征在于，终端显示控制子系统（6）包括工控机（30）、遥控器控制板（31）、左按键板（32）、右按键板（33）；遥控器控制板（31）检测左按键板（32）和右按键板（33）的按键变化情况后通过串口将按键信息传输至工控机（30）；工控机（30）根据变化的按键值，控制机器人执行相应的动作，比如机器人前进、后退、机械臂伸展收回。
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Application publication date: 20210129