[发明专利]基于无线传感器网络的遥控救援机器人系统及控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及无线传感器网络、灾难救援领域，具体涉及基于无线传感器网络的遥控救援机器人系统及控制方法。

背景技术

在地形与环境都十分复杂的情况下，例如灾难现场，救援人员无法在保证人身安全的前提下迅速、顺利地进入现场进行救援，并且有些现场的废墟中空间狭小，救援人员很难进入。这就需要使用机器人来辅助完成救援任务。救援机器人大都采用遥控操作的方式，高可靠的通信方式是当前救援机器人领域的研究热点之一。目前，在控制信号的稳定性与能耗等方面的技术尚不完善，这也在一定程度上制约的救援机器人的推广和应用。

发明内容

针对现有技术之不足，本发明提供一种基于无线传感器网络的遥控救援机器人系统，在灾难现场进行传感器网络的部署，救援机器人携带无线传感器节点，组建低功耗、高可靠性的ZigBee无线传感器网络，远程遥控救援机器人，及时发现潜在的危险并帮助搜寻幸存者。

本发明的技术方案是：基于无线传感器网络的遥控救援机器人系统，包括：ZigBee无线传感器节点、移动机器人平台和机器人遥控操作装置。

ZigBee无线传感器节点包括控制器、环境监测传感器接口、工作指示灯、射频模块和电源模块。环境监测传感器接口连接环境监测传感器，包括温度传感器、光线传感器和有害气体传感器的输出。控制器采用单片机，用于控制ZigBee无线传感器节点组建ZigBee无线网络，收发无线信号和接收传感器信号。环境监测传感器接口为标准的IO口，根据具体环境和实际需要连接多种类型的传感器。工作指示灯用于指示该节点是否工作，射频模块用于发射接收无线信号，电源模块为节点供电。

所述ZigBee无线传感器节点控制器单片机的GPIO端口外接环境监测传感器接口，射频模块输入端连接到单片机的射频端口，电源模块的输出端接至单片机的电源接口，工作指示灯的输入接至单片机的IO口。

移动机器人平台包括控制器、六轮式移动底盘、摄像头模块、无线影音传输模块、节点投放模块、无线通信模块、大功率电机驱动模块和电源模块。控制器用于控制移动机器人平台移动、节点投放、收发信号。移动底盘的六个轮子为独立悬挂式的。摄像头模块包括云台和一个双面摄像头，摄像头固定在云台上，云台由两个舵机控制可进行水平方向和垂直方向的转动。无线影音传输模块用于传输摄像头采集到的图像。节点投放模块用于存放无线传感器节点并根据需要投放，节点投放模块包括倾斜底板、挡板、舵机和红外检测模块，舵机的控制端和红外检测模块的输出端均与控制器相连，由控制器直接控制。无线通信模块用于收发控制信号，采用射频电路。

所述移动机器人平台的电机驱动模块的输出连接移动底盘的电机驱动接口，电机驱动模块的输入与控制器相连，摄像头模块与控制器连接，输出端连接到无线影音传输模块上，其他各模块均直接与控制器IO端口连接。

机器人遥控操作装置包括控制器、摇杆手柄模块、视频管理模块、无线通信模块和电源模块。控制器采用单片机，用于控制机器人遥控操作装置的各项功能，包括影音管理、收发信号等。摇杆手柄模块用于操作移动机器人平台。视频管理模块用于接收视频号。机器人遥控操作装置作为整个网络中的协调器，接收个节点传来的信号，同时也发出对移动机器人平台的控制信号。电源模块为操作装置供电。无线通信模块采用射频电路，射频电路输入端与单片机的射频输出端相连，影音管理模块的输入端与单片机的IO端口相连，摇杆手柄模块与单片机的IO口相连。

本发明机器人系统的控制方法包括以下步骤：

步骤1：打开机器人电源开关，携带配置好的ZigBee无线传感器网络节点；

步骤2：通过遥控操作装置控制移动机器人平台的移动底盘行驶，根据摄像头实时传送图像操作机器人躲避障碍；

步骤3：机器人遥控操作装置的RSSI指示灯亮起时，投放节点作为中转，保持控制信号的强度；

步骤4：移动机器人平台进入灾难现场，根据实际地形，每行驶一段路程投放一个节点，在灾难现场组建一个ZigBee无线传感器网络，网络中的每个节点感知的环境信息都传输到机器人遥控操作装置，并由此传到上位机上；

步骤5：机器人平台在移动中发现伤员，投放一个节点，摄像头实时传送图像帮助救援人员迅速定位伤员的位置和周围的地理环境，节点上的环境传感器检测伤员所在位置环境信息。

ZigBee无线传感器节点执行如下步骤：

步骤1：初始化单片机，设置晶振频率和无线通信频率，配置各个IO口的输入和输出，配置ZigBee协议；

步骤2：读取节点的通信信息，包括发射/接收控制信号和无线通信接收的信息；