[发明专利]一种遥操作机器人自驱动采样系统及采样方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种遥操作机器人自驱动采样系统及方法。属于遥操作机器人网络化控制及采样技术领域。

背景技术

遥操作机器人是指在人的操纵下能应用到原子能技术、空间技术、深海作业等人类难以接近的环境中完成比较复杂的精细操作的一种远距离操作系统。在遥操作机器人系统中，传感机构采样遥操作机器人的状态，并通过通信网络将相应信息传输至中央处理器模块，而中央处理器模块的控制信号也会经过通信网络传输至遥操作机器人的执行机构。遥操作机器人通常要经由公用网络发送及接收数据，若传感机构的采样周期为常数，则在机器人状态没发生变化或状态变化不大时，传感机构发送重复或近似重复的信号，这样造成了信道的浪费并增加了网络负载；而当机器人状态频繁发生变化时，传感机构所发送的数据可能远不能满足需要，并对遥操作机器人的控制性能产生负面影响。因此，如何实现遥操作机器人的自驱动采样，减小网络负载及发生网络拥塞的可能性，并改善遥操作机器人的性能是一个十分有价值的问题。

专利申请号为201010225437.7，发明名称为“一种核化侦察遥操作机器人的遥控装置”的专利，它“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、电台通信模块及信息显示模块”。专利申请号为200910145179.9，名称为“遥操作机器人丢包补偿系统及其实现方法”的发明专利，它“通过对空闲网络信道的充分利用，大大降低了网络时延及数据包丢失的负面影响并提高了遥操作机器人系统的抗干扰性能”。以上两个发明未考虑遥操作机器人控制过程中的采样问题。专利申请号为201110024869.6，发明名称为“一种可改变采样频率的传感器设备及其控制方法”的专利，它“根据感应装置感知到的信息正常与否来自动调整信号采集装置的采集频率并进行信息处理”。该发明中改变采样频率的依据是感应装置感知到的信息正常与否。专利申请号为201110226878.3的发明专利“公开了一种支持多种采样率的蓝牙立体声的实现方法和装置”。以上专利均没有从根本上解决问题。

发明内容

发明目的：本发明的目的是构造一种自驱动采样系统以便减小网络负载及发生网络拥塞的可能性，并改善遥操作机器人的操作性能，同时本发明提供了该系统的采样方法。

技术方案：本发明为实现上述目的，采用如下技术方案：

一种遥操作机器人自驱动采样系统，所述系统由遥操作机器人、传感机构、数据缓冲区、数据处理模块、信号发生器、时钟模块、中央处理器模块、执行机构、信息显示模块及通信模块组成，传感机构与执行机构安装在遥操作机器人上，数据缓冲区、数据处理模块、信号发生器、时钟模块依次连接后与传感机构相连接，传感机构包括传感器和摄像头，传感机构采样的数据经通信网络传输至中央处理器模块，中央处理器模块的控制命令经通信网络传输至执行机构。

执行机构为一个零阶保持器。

通信模块既包括交换机等信号收发装置，也包括通信网络。信息显示模块与中央处理器模块相连，其功能是显示遥操作机器人当前运行的速度、方向、机械手关节角度、遥操作机器人周边视频图像等信息。

一种遥操作机器人自驱动采样系统的采样方法，包括以下步骤

1）传感机构采样数据，并进行计数；

2）传感机构发送数据，并进行计数；

3）时钟模块根据采样数据的计数与发送数据的计数调整采样周期。

传感机构采样数据与发送数据的计数通过设置在时钟模块中的计数器n、i实现，当传感机构采样一次数据，n赋值为n+1；若传感机构只是采样而未发送数据，i赋值为0；当传感机构发送一次数据，n赋值为0，i赋值为i+1。

数据缓冲区用于存储传感机构最近发送的数据；数据处理模块计算新采样的数据与数据缓冲区中存储的数据的差值，当该差值的2范数超过a(0<a<0.5)时，传感机构发送数据。

步骤3中时钟模块调整采样周期的步骤如下：

1）在每次传感机构发送或采样数据后，时钟模块读取n、i值；

2）时钟模块将n、i值与内置的m(0<m<5)值进行比较，当n=m+1时，时钟模块将采样周期h赋值为h+Δ(0<Δ<0.5h)，同时将n赋值为0；当i=m时，时钟模块将采样周期h赋值为h-Δ，同时将i赋值为0。