CN101934522A

CN101934522A - 一种核化侦察遥操作机器人的遥控装置

Info

Publication number: CN101934522A
Application number: CN 201010225437
Authority: CN
Inventors: 宋爱国; 熊鹏文; 唐鸿儒; 崔建伟; 包加桐; 章华涛; 郭宴; 韩益利; 钱夔; 高鸣
Original assignee: Southeast University
Current assignee: Southeast University
Priority date: 2010-07-13
Filing date: 2010-07-13
Publication date: 2011-01-05

Abstract

本发明公开了一种核化侦察遥操作机器人的遥控装置，通过无线通信网络远程控制机器人进行核化侦察，包括中央处理器模块、电源模块、命令输入模块、电台通信模块以及信息显示模块；其中中央处理器模块分别与命令输入模块、电台通信模块及信息显示模块连接并可进行相互之间的数据传输，电源模块分别与中央处理器模块、命令输入模块、电台通信模块以及信息显示模块连接并提供各部分所需电能；其中电台通信模块包括数据电台单元和图传电台单元；整个遥控装置集成在一个由箱盖和箱体构成并可打开、闭合的箱子中。

Description

一种核化侦察遥操作机器人的遥控装置

技术领域

本发明涉及移动机器人的人机交互技术和远程控制领域，具体涉及一种核化侦察遥操作机器人的遥控装置。

背景技术

近年来，国际恐怖活动日益猖獗，恐怖活动已经成为国际社会的一大公害。随着恐怖活动向着高技术化发展，恐怖活动的手段、方法更加多样化，危害也更加严重，全世界正面临着严峻的核、化、生恐怖威胁。具有防核防化功能的侦察机器人的研发显得非常必要。

以东南大学仪器科学与工程学院机器人传感与控制实验室研发的核化侦察机器人为例，该机器人的机器人端装载了一些具有特定功能的核侦探仪和化学仪器，并有机械手能够在需要的时候抓取一定质量的物体，若干个摄像头用于获取视频图像以及麦克风用于获取机器人周围的声音信号。

由于核化侦察机器人所处的特定的核生化工作环境，因此通过远程遥控方式来对机器人进行操作也就成为必然选择。

遥操作机器人工作时处于人机分离状态，机器人常常处于操作员视线不可达的工作现场，操作员只能通过手中的控制器了解机器人所处的环境、移动情况、位置，并根据这些信息来导航、控制机器人进行侦察、搜寻等一系列需要完成的工作。而对于这样一类核化侦查遥操作机器人而言，在一个复杂未知的环境下，一个携带方便、操作灵活、数据传输安全可靠的遥控装置对于机器人的工作过程和防核防化等功能的实现至关重要。

发明内容

本发明的目的在于提供一种数据传输安全可靠且携带方便、操作灵活的核化侦察遥操作机器人的遥控装置。

本发明的技术方案如下：

一种核化侦察遥操作机器人的遥控装置，通过无线通信网络远程控制机器人进行核化侦察，其特征在于：包括中央处理器模块、电源模块、命令输入模块、电台通信模块以及信息显示模块；其中中央处理器模块分别与命令输入模块、电台通信模块及信息显示模块连接并进行相互之间的数据传输，电源模块分别与中央处理器模块、命令输入模块、电台通信模块以及信息显示模块连接并提供各部分所需电能。

由于在无线数据传输时，图像数据的信息量较大，容易产生数据包的延迟和丢失。为解决该问题，可以采用图像数据和其他数据分开传输的方式，即使用两台电台分别进行图像数据及其它数据的传输，具体的说，就是：电台通信模块包括数据电台单元和图传电台单元；其中图传电台单元用于接收安装在机器人端的摄像设备所拍摄到并通过安装在机器人端的图传电台单元发送的图像数据；数据电台单元用于接收机器人端的数据电台单元发送的除图像数据以外的其它数据，并向机器人端发送控制数据。

为了进一步增强图像数据传输的安全性和稳定性，还可以在上述的图传电台单元中增加腔体滤波器来过滤数据信号传输中的噪音，接收到的图像数据信号经该腔体滤波器滤波后传输给中央处理器模块。

还可以在上述的遥控装置中增加与中央控制器模块连接的扩展功能模块，该扩展功能模块可以外接USB、音频等多种接口，以便操作人员根据实际需要选择各种外界辅助设备辅助控制，例如音箱、USB手柄等。

为了保证整个遥控装置在移动运输过程中的安全性和便携性，可以将该遥控装置安装在一个由箱盖和箱体构成并可打开、闭合的箱子中；其中信息显示模块镶嵌于箱盖内表面；其它部分安装于箱体内部和箱体表面；箱子闭合时，整个装置为一个可单人携带的箱子；箱子打开后，可通过安装于箱盖表面的信息显示模块中的显示器以及安装于箱体表面的命令输入模块的输入部件进行信息读取及控制操作。

本发明的核化侦察遥操作机器人的遥控装置具有以下优点：

由于采用了图像数据和其他数据分开传输的方式以及使用腔体滤波器滤波，数据传输的实时性和可靠性较好，并增大了核化侦察遥操作机器人可控距离；

将整个遥控装置整合于一个箱子内，箱子闭合时，所有部件均在箱子内部，便于携带且具备极高的安全性；箱子打开后，可通过安装在箱盖内表面的信息显示模块以及安装于箱体内部的命令输入模块方便地对核化侦察遥操作机器人进行各种控制操作。

附图说明

图1为本发明的系统框图；

图2为本发明具体实施方式闭合后的外形图；

图3为本发明具体实施方式打开后的外形图；

图4为本发明具体实施方式的结构示意图；

图5为本发明具体实施方式中命令输入电路的电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案进行详细说明：

一种核化侦察遥操作机器人的遥控装置，如图1所示，通过无线通信网络远程控制机器人进行核化侦察，其特征在于：包括中央处理器模块、电源模块、命令输入模块、电台通信模块以及信息显示模块；其中中央处理器模块分别与命令输入模块、电台通信模块及信息显示模块连接并进行相互之间的数据传输，电源模块分别与中央处理器模块、命令输入模块、电台通信模块以及信息显示模块连接并提供各部分所需电能。

本具体实施方式的结构如附图4所示，其中中央处理器模块由一台PC104工控机组成，它不仅是整个系统硬件的中心部分，负责各个模块间的数据传递和联系，同时在物理上起着连接各个模块的作用。

命令输入模块由输入部件和命令输入电路这两部分组成。输入部件包括机器人运动控制按钮、摄像头控制开关以及模式控制开关。机器人运动控制按钮主要由若干个用于控制机器人移动和机器人上的机械手的关节角度的类似于方向盘的方向控制器和游戏操纵杆组成；摄像头控制开关主要由用于控制摄像头的视角和俯仰角度等动作的若干模拟旋钮组成；模式控制开关主要是用于选择和切换机器人工作模式的开关。通过这些输入部件可以方便地选择和控制机器人的工作模式和动作，并提供机械物理上的二值变化和连续变化，供命令输入电路识别。如图5所示，命令输入电路由A、B、C三部分组成，A部分是型号为C8051F340的单片机、B部分由若干个开关单元构成、C部分由相对应的若干个施密特触发器组成。命令输入电路的一端与本模块中的输入部件相连，另一端与中央处理器模块中的工控机的USB口连接，将输入部件的物理位置变化转化为电信号，通过USB口传送给中央处理器模块的工控机。其中B部分中的开关单元采用开关端口分别接地和电源的简单的电路设计结构，输入部件中的各个控制单元产生的物理变化通过B部分可以得到初始的高低电平的矩形脉冲信号DIx；C部分中的施密特触发器采用了集成有非门的型号为HCF40106BM1的芯片，其作用是对脉冲信号整形，他将开关单元传送来的矩形脉冲信号DIx转换为较为理想的矩形脉冲信号Dx，然后传送给C部分的单片机C8051F340，C8051F340是命令输入电路的主要的控制芯片，他将施密特触发器传送来的较为理想的矩形脉冲信号Dx最终传递给中央控制器模块的工控机的USB接口。

电台通信模块用于与机器人端进行无线通信并传输相关数据，包括数据电台单元和图传电台单元两个部分。数据电台单元主要由数据电台和数传电路两部分组成，数传电路的一端与数传电台相连接，而另一方面则与中央处理器模块中的工控机的COM1口相连接。数据电台通信的通信方式是双工通信：一方面通过该电台可以回传机器人运作的多种信息，包括机器人的电池余电量、与机器人无线通信的信号强度、机器人上麦克风所获取的机器人周围的声音信号等，以及机器人携带的各种传感器所测得的关于机器人的状态信息，包括机器人周围的环境数据、机器人姿态数据、定位导航数据、机器人的状态数据、机械手状态和受力数据、核辐射剂量率以及化学仪器所测量的数据等；一方面通过该电台可以向机器人传送控制指令，以达到控制机器人的目的，控制命令包括使机器人前进、后退、停、左转弯、右转弯、原地打转、加速、减速、调转方向以及机器人端摄像头的位置移动和调焦等。图传电台单元主要由图传电台、腔体滤波器和图传电路组成，图传电路的一端与中央处理器模块中的工控机的COM2相连接，该部分只能单向传输；图传电台接收到机器人端拍摄并发送的视频图像数据后，经过腔体滤波器滤波，再由图传电路进行处理，最后传送给中央处理器模块中的工控机。

信息显示模块主要由一个液晶显示器构成，显示器的输入端连接在中央处理器模块中的工控机的VGA接口上，中央处理器模块中的工控机按照预先设定的程序对接收到的各类数据信息进行处理，然后传输给显示器显示。

本具体实施方式还包括直接与中央处理器模块中的工控机相连接的扩展功能模块，主要功能是由工控机引出多种数据接口，例如USB接口、音频接口等。通过该扩展功能模块，可以将一个音箱接在音频接口上，实时地在控制装置端播放机器人端采集到的声音信号；也可以将一个USB手柄连接在USB接口，通过控制USB手柄来代替开关摇杆等部件操作和控制机器人。

上述各大模块的电子元器件都由电源模块供电，该电源模块主要由可充电的锂电池提供初始电压，然后经过电压转换器转换输出各大部件所需要的电压值，传输给各个部件，从而给各个模块提供能量。

如附图2、附图3所示，本发明具体实施方式中的遥控装置集成在一个可单人携带的包括箱盖和箱体并可打开、闭合的箱子内，箱体上装有把手，液晶显示器镶嵌在箱盖内表面；其它部分安装于箱体内部；箱子闭合时，整个装置为一个箱子；箱子打开后，可通过安装在箱盖内表面的信息显示模块以及安装于箱体内部的命令输入模块方便地对核化侦察遥操作机器人进行各种控制操作。

使用本发明的遥控装置控制核化侦察遥操作机器人作业时，首先信息显示模块的显示器中会显示出机器人的电池余电量、遥操作机器人所携带是摄像头的视频信息、机器人携带的各种传感器所测得的关于机器人的状态信息，包括机器人周围的环境数据、机器人姿态数据、定位导航数据、机器人的状态数据、机械手状态和受力数据、核辐射剂量率以及化学仪器所测量的数据等，扩展功能模块中的音箱会实时地播放着机器人上麦克风所获取的机器人周围的声音信号。操作人员可以根据以上的数据信息充分了解机器人目前的工作环境和工作状态，并控制机器人执行各种指令。通过命令输入模块的开关、摇杆等输入部件，操作员可以直观地控制机器人，发出控制命令。控制命令通过命令输入模块的命令输入电路传送给中央处理模块的工控机，进而传送给电台通信模块的数据电台进行无线通信，从而达到控制机器人的动作行为。机器人响应后，他的各种状态信息以及和探测仪所测得的核辐射剂量率以及化学仪器所测量的数据等实时地通过电台通信模块传送回中央处理器模块的工控机，并实时地显示在信息显示模块的显示器中，操作员可以通过信息显示模块实时地了解机器人的各种信息，从而可以进行持续的控制操作。

上述仅为本发明的一个具体实实施方式，用于帮助理解本发明。但是应当理解，本发明的实施方式并不仅限于此，对本发明所作的各种变化实例，都应包含在本发明的保护范围内。

Claims

1.一种核化侦察遥操作机器人的遥控装置，通过无线通信网络远程控制机器人进行核化侦察，其特征在于：包括中央处理器模块、电源模块、命令输入模块、电台通信模块以及信息显示模块；其中中央处理器模块分别与命令输入模块、电台通信模块及信息显示模块连接并进行相互之间的数据传输，电源模块分别与中央处理器模块、命令输入模块、电台通信模块以及信息显示模块连接并提供各部分所需电能。

2.如权利要求1所述核化侦察遥操作机器人的遥控装置，其特征在于：命令输入模块通过USB端口与中央处理器模块连接；电台通信模块通过COM端口与中央处理器模块连接；信息显示模块通过VGA端口与中央处理器模块连接。

3.如权利要求2所述核化侦察遥操作机器人的遥控装置，其特征在于：所述电台通信模块包括数据电台单元和图传电台单元；其中图传电台单元用于接收安装在机器人端的摄像设备所拍摄到并通过安装在机器人端的图传电台单元发送的图像数据；数据电台单元用于接收机器人端的数据电台单元发送的除图像数据以外的其它数据，并向机器人端发送控制数据。

4.如权利要求3所述核化侦察遥操作机器人的遥控装置，其特征在于：所述图传电台单元包括腔体滤波器，接收到的图像数据信号经该腔体滤波器滤波后传输给中央处理器模块。

5.如权利要求1所述核化侦察遥操作机器人的遥控装置，其特征在于：还包括与中央处理器模块相连接的扩展功能模块。

6.如权利要求1、2、3、4或5所述核化侦察遥操作机器人的遥控装置，其特征在于：所述遥控装置安装在一个由箱盖和箱体构成并可打开、闭合的箱子中；其中信息显示模块镶嵌于箱盖内表面；其它部分安装于箱体内部；箱子闭合时，整个装置为一个可单人携带的箱子；箱子打开后，可通过安装于箱体内表面的命令输入模块以及安装于箱盖内表面的信息显示模块进行信息读取及控制操作。