[发明专利]遥控型机器人控制系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种机器人控制系统，特别是一种遥控型机器人控制系统。

背景技术

遥控型机器人主要应用于灾后救援、排爆、有毒性和辐射性物质搜索等场合，其主要目的是代替人类深入到危险环境或人类无法到达的环境中作业，由于所处环境和执行任务的复杂性，当前机器人技术还无法做到全自主控制，而通过无线通信技术，通过操作员在非工作环境中遥控机器人实现各种功能。

由于遥控型机器人运行环境复杂，对应用于这类场合的机器人的机动能力和感知能力要求较高，通常能满足这类应用要求的机器人具有以下特点：

机器人具有多关节：为完成环境中复杂不确定地形下的移动和越障，机器人机构一般都具多自由度的辅助越障机构，为完成伤员的探测需要配置多关节机械手机构，即机器人具有多关节性，但具体关节数的多少往往很大程度依赖于对越障和作业功能实现方式方面的考虑；

机器人结构紧凑：为完成各种越障功能，机器人的重心和允许的尺寸都受到限制，其要求控制系统具有紧凑的结构；

信息反馈的多样性：要到达较好的遥控作业效果，机器人必须获取所处环境中的各种信息及机器人自身状态，主要包括多路视频图像、机器人关节状态及机器人自身姿态等，并传输到遥控操作端，让操作员感知现场状态，以便准确的下达控制命令；

机器人智能化程度不高：由于采用遥控方式工作，不需要机器人本身具有自主决策这类功能，而是更注重机器人对遥控各种命令的执行效率这类确定的功能，因此通常对机器人上运算单元的运算性能要求较低，而有硬实时性要求。

目前，现有的控制系统主要针对自主型机器人控制问题而提出，采用分层结构，但由于遥控型机器人与智能机器人的功能存在较大差别，所以这类控制系统并不合适，其主要缺点在于：

现有机器人控制系统只能对中低速数据交换的各子功能实现模块化，而对要求有大数据量交换的独立子功能无法实现硬件层次的模块化，即只能做到局部模块化，限制了控制系统的扩展性；

现有机器人控制系统的各模块之间采用非完整协议的总线方式互连，这限制了控制系统的开放性；

由于现有机器人控制系统没有分析遥控型机器人各功能模块的数据交换速率和数据量要求，而采用统一的总线形式互连，限制了控制系统的功能模块扩展范围。

发明内容

发明目的：为了克服现有控制系统针对遥控型机器人应用的扩展性低的问题，本发明的目的是提供一种具有较强开放性的遥控型机器人控制系统。

技术方案：为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案为一种遥控型机器人控制系统，包括主控单元、多个电机控制器和多个传感器模块，其中多个电机控制器组网构成运动控制网络，多个传感器模块组网构成传感器网络；主控单元与所述运动控制网络和传感器网络之间分别通过第一总线和第二总线连接。

所述第一总线和第二总线均可为CAN总线，采用CANopen高层协议，实现完整的通信功能。

所述主控单元可包括通过第三总线连接的无线网卡、工控主板、音视频采集压缩板卡和总线接口板卡，其中无线网卡、工控主板、音视频采集压缩板卡和总线接口板卡都设有与第三总线相适配的接口，工控主板还设有以太网接口，总线接口板卡还设有分别与第一总线和第二总线相适配的接口，音视频采集压缩板卡还设有视频输入接口和音频输入接口；主控单元运行双内核操作系统，具有实时内核和非实时的通用操作系统内核，实现了在同一硬件平台运行实时任务和非实时任务，其中控制主控单元各部件工作的机器人数据采集与遥控通信程序作为非实时任务运行于非实时的通用操作系统内核，能利用通用操作系统下的现有软件及硬件驱动资源，机器人运动控制程序和传感器程序运行于实时内核。

所述第三总线可为PC/104-plus总线，采用PC/104-plus通信协议。

所述工控主板还设有4个USB接口和2个RS232接口，视频输入接口的数量为1个、2个、4个或8个，音频输入接口的数量和视频输入接口相同。

所述多个传感器模块可包括生命探测模块和障碍距离探测模块。

所述生命探测模块可包括第一数字信号处理器、二氧化碳传感器和红外温度传感器，其中二氧化碳传感器和红外温度传感器分别和数字信号处理器相连。生命探测模块通过采集人员的生命体征判断人员的生存状态。

所述障碍距离探测模块可包括第二数字信号处理器、超声测距阵列和红外测距阵列，得出机器人周围环境不同高度的障碍距离。

所述超声测距阵列可由8个超声测距传感器组成，红外测距阵列也可由8个红外测距传感器组成。