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通过远程控制实现园区巡检和野外勘察的履带 机器人系统

阅读：630发布：2023-03-05

专利汇可以提供通过远程控制实现园区巡检和野外勘察的履带机器人系统专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明涉及机器人技术领域，特别是一种通过远程通讯控制实现园区巡检和野外勘察的履带式机器人系统，该系统包括一个远程通讯控制中心和若干个履带式移动机器人。所述履带式移动机器人根据远程通讯控制中心发送的命令执行操作，如果没有收到命令，则自主检测环境，执行常规任务；所述远程通讯控制中心对所述履带式移动机器人反馈的信息进行解码、分析和决策，对机器人发送命令。进一步，所述履带式移动机器人之间进行多跳传输，以自组网的方式相互协作；本发明能够实现对多个履带式移动机器人的远程通讯控制，并实现多个履带式移动机器人之间的相互协作，扩大履带式移动机器人的活动范围和应用范围，节约人力、物力。，下面是通过远程控制实现园区巡检和野外勘察的履带机器人系统专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种通过远程控制实现园区巡检和野外勘察的履带机器人系统，其特征在于：所述系统包括一个远程控制中心和若干个具有园区巡检和野外勘察能力的履带式机器人；其中，所述远程通讯控制中心，发送控制命令至所述履带式机器人；根据通讯协议标准和控制规则对接收到的上报信息进行解码和分析，生成图像和文字进行显示；所述履带式机器人，根据所述命令按照要求的路线进行行进，且对周围的环境进行实时监测，并将检测的数据和结果利用无线信道上报给远程控制中心；根据远程通讯控制中心的命令或者根据需要，所述履带式机器人可以进行数据转发，实现多跳传输，通过自组网的方式相互通讯，相互协作；其中，
所述远程控制中心和所述履带式机器人以及所述履带式机器人之间通过多个无线信号收发模块进行图像和数据交互。
2.根据权利要求1所述的通过远程控制实现园区巡检和野外勘察的履带机器人系统，其特征在于：所述履带式机器人系统包括电源模块、控制模块、信号采集模块、监控模块、运动模块、通讯模块以及输入输出模块；其中，所述控制模块连接所述电源模块、控制模块、信号采集模块、监控模块、运动模块、通讯模块以及显示模块，负责整个系统的状态控制、命令解析、命令发送；所述运动模块，接收控制模块发送的命令后，对履带式机器人的运动状态、运动轨迹等进行调整；另外，还会对监控模块的摄像头进行旋转、升降、调度调整，保证监控模块能够高效的采集信息。
3.根据权利要求2所述的通过远程控制实现园区巡检和野外勘察的履带机器人系统，其特征在于：所述控制模块包括系统控制与决策模块，状态监控与控制模块，信息采集控制模块，通讯控制模块，以及运动控制模块；其中，所述系统控制与决策模块是履带式移动机器人的大脑，负责整个履带式移动机器人行为；所述状态监控与控制模块通过对状态监控传感器组进行控制，对自身的状态进行监控，防止意外发生；所述信息采集控制模块控制信息采集传感器组进行信息采集；所述通讯控制模块控制通讯模块的收发、通讯资源分配、控制参数配置与维护；所述运动控制模块控制机器人的行走、掉头、调速、爬坡等，并接收运动模块的反馈。
4.根据权利要求1所述的通过远程控制实现园区巡检和野外勘察的履带机器人系统，其特征在于：所述远程通讯控制中心包括输入输出模块、控制与决策模块、补偿与预测模块、统计分析模块、无线通信网络、控制模块，执行模块以及反馈模块；其中，所述控制与决策模块接收输入输出模块的信息，进行任务分配，路径规划等，并生成控制命令，通过通讯模块和无线通讯网络发送给所述履带式移动机器人；所述补偿与预测模块根据统计学习得到的信息，对控制命令等进行补偿；所述统计分析模块监控通讯模块和无线通讯网络，获取网络状态、控制误差等信息，根据数据类型将接收到的全部数据进行分析；远程通讯控制中心从所述履带式移动机器人接收反馈信息，发送给所述统计分析模块和所述输入输出模块。
5.根据权利要求4所述的通过远程控制实现园区巡检和野外勘察的履带机器人系统，所述履带式移动机器人包含有控制模块和执行模块和反馈模块，自身维护一个小的反馈系统，并通过无线通讯网络将反馈结果反馈给远程通讯控制中心。
6.根据权利要求5所述的通过远程控制实现园区巡检和野外勘察的履带机器人系统，所述分析控制模块根据设定的模式和操作环境自动选择常规巡逻模式还是远程操作控制模式，并根据设定的模式进行工作。
7.根据权利要求6所述的通过远程控制实现园区巡检和野外勘察的履带机器人系统，其特征在于：在常规巡逻模式下，按设定路线进行巡逻，发现有障碍物等不明东西时，进一步进行数据采集和分析；如果是移动的生命体，需要上报跟踪；如果是不移动的物体，进一步确认是否有生命特征；如果有生命特征，进行上报；如果没有生命特征，绕道继续巡逻。
8.根据权利要求7所述的通过远程控制实现园区巡检和野外勘察的履带机器人系统，其特征在于：当远程通讯控制中心和履带式移动机器人之间的通讯链路中断后，所述履带式移动机器人能够主动扫描和侦听系统中设定的无线频点，建立和其他履带式移动机器人的通讯，组建网络。
9.根据权利要求8所述的通过远程控制实现园区巡检和野外勘察的履带机器人系统，其特征在于：当履带式移动机器人传回的图像中包含人时，远程通讯控制中心根据需要利用机器人作为对讲机和图像中的人进行交流，进行相关的咨询、盘问，了解现场情况。
10.根据权利要求9所述的通过远程控制实现园区巡检和野外勘察的履带机器人系统，其特征在于：履带式机器人将接收到的异常数据与突发情况进行上报，并根据需要进行预警。

说明书全文

通过远程控制实现园区巡检和野外勘察的履带 机器人系统

技术领域

[0001] 本发明涉及机器人技术领域，特别是一种通过远程控制实现园区巡检和野外勘察的履带机器人系统。

背景技术

[0002] 机器人能够协助或取代人类的工作，为人类带来许多便捷，可以广泛应用到各行各业。在一些面积较大的园区，如果利用安装监控器的方法保证安全，存在监控盲区；如果利用人工巡逻，需要投入大量的巡逻员；如果利用移动机器人进行园区巡逻，则可以解决这些问题。同样，在野外勘察时，也可以利用移动机器人协助人类进行工作。本发明主要利用移动机器人进行园区巡逻和野外勘察。

[0003] 要利用移动机器人进行园区巡逻和野外勘察，需要选择合适的移动方式。

[0004] 移动机器人分为履带式、轮式、行走式、水下推进式等。本发明选用履带式移动机器人，因为履带式移动机器人具有更大的作用面, 可以适应各种复杂多样的路面, 可自主爬楼梯和克服地形障碍，在凹凸不平的路面行进，还可以在恶劣环境下或野外作业等。

[0005] 移动机器人能够自动执行工作，主要有两种方式：一种是通过人的控制；一种是通过事先设计好的程序。受限于已有技术和应用场景的复杂性和不确定性，履带式机器人无法自主完成所有任务，本发明选用利用远程控制系统的方法，人类观测现场作业环境，做出行动决策，再下达命令给机器人执行。

[0006] 由于履带式移动机器人的运动和位置的不确定性，无线通讯成为了移动机器人必备的通讯方式。由于无线通讯的传输环境的复杂性和时变性，要在移动机器人作业现场和控制后台之间实时的传输图像、传感、控制等信息，面临着极大的挑战。中国发明专利 CN1331641C 授权了一种保安机器寻路人，包括保安巡逻机器狗本体、安防监控系统、控制系统和多传感器信息融合系统四部分，可以按照自主巡逻和人工操控两种工作方式，能自主避开障碍物修改前进路线。但该发明存在以下不足：（1）采用无线模拟通讯技术传输图像，可靠性和安全性不够；（2）采用轮式机器人，无法适应野外等恶劣工作环境；（3）摄像机回转范围较小，无法适应野外考察的复杂环境。（4）只考虑单个移动机器人的场景，没有考虑多个机器人之间的通讯、组网与协作，限制了移动机器人的使用范围。

发明内容

[0007] 本发明针对现有技术的上述缺陷，提出了一种通过远程通讯控制实现园区巡检和野外勘察的履带式机器人系统。本系统包括远程通讯控制中心和若干个履带式机器人系统；其中，所述远程通讯控制中心，对履带式移动机器人反馈的信息进行解码、分析和决策；根据获取的信息对履带式移动机器人的行动发送命令；所述履带式机器人系统，根据远程控制中心发送的命令执行不同的运动和操作；当没有收到远程控制中心的命令时，具有一定的自主性，能够自己检测环境，执行常规任务；和其它移动机器人通过自组网的方式相互通讯，相互协作；其中，所述远程通讯控制中心和所述履带式移动机器人，以及履带式移动机器人之间通过无线信号收发模块进行信息交互。

[0008] 进一步的，所述远程通讯控制中心包括输入输出模块、控制与决策模块、补偿与预测模块、统计分析模块、无线通信网络、控制模块，执行模块以及反馈模块；其中，所述输入输出模块支持视频显示和地图显示两种模式，支持语音和页面输入输出，能够生成文字或图在界面中进行显示；所述控制与决策模块接收输入输出模块的信息，进行任务分配，路径规划等，并生成控制命令，通过通讯模块和无线通讯网络发送给所述履带式移动机器人；所述补偿与预测模块根据统计学习得到的信息，对控制命令等进行补偿；所述统计分析模块监控通讯模块和无线通讯网络，获取网络状态、控制误差等信息，根据数据类型将接收到的全部数据进行分析；所述履带式移动机器人包含有控制模块和执行模块和反馈模块，自身维护一个小的反馈系统，并通过无线通讯网络将反馈结果反馈给远程通讯控制中心；远程通讯控制中心从所述履带式移动机器人接收反馈信息，发送给所述统计分析模块和所述输入输出模块。

[0009] 进一步的，所述履带式移动机器人包括电源模块、控制模块、信号采集模块、监控模块、运动模块、通讯模块以及输入输出模块；其中，所述控制模块连接所述电源模块、信号采集模块、监控模块、运动模块、通讯模块以及输入输出模块，负责整个系统的状态控制、命令解析、命令发送；所述运动模块，接收控制模块发送的命令后，对履带式机器人的运动状态、运动轨迹等进行调整；另外，还会对监控模块的摄像头进行旋转、升降、调度调整，保证监控模块能够高效的采集信息。

[0010] 更进一步的，所述控制模块包括系统控制与决策模块，状态监控与控制模块，信息采集控制模块，通讯控制模块，以及运动控制模块；其中，所述系统控制与决策模块是履带式移动机器人的大脑，负责整个履带式移动机器人行为；
所述状态监控与控制模块通过对状态监控传感器组进行控制，对自身的状态进行监控，防止意外发生；
所述信息采集控制模块控制信息采集传感器组进行信息采集；
所述通讯控制模块控制通讯模块的收发、通讯资源分配、控制参数配置与维护；
所述运动控制模块控制机器人的行走、掉头、调速、爬坡等，并接收运动模块的反馈。

[0011] 更进一步的，所述分析控制模块根据设定的模式和操作环境自动选择常规巡逻模式还是远程操作控制模式，并根据设定的模式进行工作。

[0012] 本发明还提出一种履带式移动机器人组网方法，远程通讯控制中心发送组网命令至履带式移动机器人；所述履带式移动机器人根据所述组网命令主动扫描和侦听系统中设定的无线频点，并通过侦听到的频点和信息，建立和其他履带式移动机器人的通讯；每个履带式移动机器人分别占用一个时隙信道，将获得指定所述组网的数据上报给远程通讯控制中心；所述远程通讯控制中心根据上报信息对接收到的组网数据进行分析和优化，并将优化结果转化成命令消息发送给履带式移动机器人；其中，所述远程通讯控制中心和所述履带式移动机器人以及履带式移动机器人均通过无线通讯网络进行数据交互。

[0013] 进一步的，当远程通讯控制中心和履带式移动机器人之间的通讯链路中断后，所述履带式移动机器人能够主动扫描和侦听系统中设定的无线频点，建立和其他履带式移动机器人的通讯，以其他履带式移动机器人作为中继，建立与远程通讯控制中心的通信通路。

[0014] 更进一步的，当履带式移动机器人传回的图像中包含人时，远程通讯控制中心根据需要利用机器人作为对讲机和图像中的人进行交流，进行相关的咨询、盘问，了解现场情况。

[0015] 更进一步的，履带式机器人将接收到的异常数据与突发情况进行上报，并根据需要进行预警。

[0016] 采用上述履带式机器人系统或方法后，针对园区巡检和野外勘察的环境复杂性，能够同时对多个履带式机器人进行同时的实时远程控制，并能够根据现场环境情况进行组网，实现履带式机器人之间的相互通讯和协作，扩大机器人的活动范围和应用范围，节约人力、物力。附图说明

[0017] 下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

[0018] 图1为本发明的结构示意图。

[0019] 图2为本发明远程通讯控制中心的原理框图。

[0020] 图3为本发明履带式机器人的原理框图。

[0021] 图4为本发明履带式机器人的控制系统框图。

[0022] 图5为本发明履带式机器人常规巡逻时的操作流程图。

[0023] 图中：1为远程通讯控制中心，2为履带式机器人，3为无线通讯网络，101为输入输出模块，102为控制与决策模块，103为补偿与预测模块，104为统计学习模块，106为控制模块，107为执行模块，108为反馈模块，201为输出模块，202为信息采集传感器组，203为运动模块，204为通讯模块，205为状态监控传感器组，206为电源模块，301为系统控制与决策模块，302为状态监控与控制模块，303为信息采集控制模块，304为通讯控制模块，305为运动控制模块，306为驱动电路模块，307为光电编码器，308为数据库。

具体实施方式

[0024] 如图1所示，本发明的物联网检测系统包括远程通讯控制中心1，所述远程通讯控制中心1上连接有无线信号收发模块，还包括信号处理模块、分析模块2，所述履带式机器人2上也连接有无线信号收发模块，这样远程通讯控制中心与履带式机器人之间通过无线通讯网络3进行数据交换。这样通过无线通讯网络2远程通讯控制中心1发送控制命令给履带式机器人2，履带式机器人2接收与其对应的运行状态控制相关的数据，然后根据远程控制中心发送的命令执行不同的运动和操作，当没有收到远程控制中心的命令时，根据预先设计好的路线和传感器获得的数据检测，自行检测环境，执行常规任务。

[0025] 更进一步的，图1中的无线通讯网络3是由多个独立的无线通讯网络组成的异构无线通讯网络，其中，所述异构无线通讯网络包括WIFI通讯网络、CDMA/LTE通讯网络、红外等；如图2所示，所述远程通讯控制中心1包括输入输出模块101、控制与决策模块102、补偿与预测模块103、统计分析模块104、无线通信网络3、控制模块106，执行模块107以及反馈模块108；其中，所述输入输出模块101支持视频显示和地图显示两种模式，支持语音和页面输入输出，能够生成文字或图在界面中进行显示；所述控制与决策模块102接收输入输出模块101的信息，进行任务分配，路径规划等，并生成控制命令，通过通讯模块和无线通讯网络3发送给所述履带式移动机器人2；所述补偿与预测模块103根据统计学习得到的信息，对控制命令等进行补偿；所述统计分析模块104监控通讯模块和无线通讯网络3，获取网络状态、控制误差等信息，根据数据类型将接收到的全部数据进行分析；所述履带式移动机器人2包含有控制模块106和执行模块107和反馈模块108，自身维护一个小的反馈系统，并通过无线通讯网络3将反馈结果反馈给远程通讯控制中心1；远程通讯控制中心1从所述履带式移动机器人2接收反馈信息，发送给所述统计分析模块104和所述输入输出模块101。

[0026] 如图3所示，所述履带式移动机器人1包括电源模块206、控制模块106、信息采集传感器组202、状态监控传感器组205、运动模块203、通讯模块204以及输出模块201；其中，控制模块106连接所述电源模块206、信号采集模块202、监控模块205、运动模块203、通讯模块204以及输出模块201，负责整个系统的状态控制、命令解析、命令发送；所述运动模块203，接收分析控制模块发送的命令后，对履带式机器人1的运动状态、运动轨迹等进行调整；另外，还会对监控模块205的摄像头进行旋转、升降、调度调整，保证监控模块能够高效的采集信息；所述输出模块201，读取固定位置数据，并进行显示、预警、音频输出。

[0027] 更进一步的，如图4所示，所述履带式机器人1的控制模块106包括，系统控制与决策模块301，状态监控与控制模块302，信息采集控制模块303，通讯控制模块304，运动控制模块305；其中，所述系统控制与决策模块301是履带式移动机器人2的大脑，负责整个履带式移动机器人2行为；所述状态监控与控制模块302通过对状态监控传感器组305进行控制，对自身的状态进行监控，防止意外发生；所述信息采集控制模块303通过对信息采集传感器组302进行控制，进行信息采集；所述通讯控制模块304控制通讯模块304的收发、通讯资源分配、控制参数配置与维护；所述运动控制模块305通过驱动电路驱动运动模块308，从而控制机器人的行走、掉头、调速、爬坡等，并通过光电编码器307接收运动模块303的反馈，为分析与控制提供信息。

[0028] 本发明履带式移动机器人系统中常规巡逻模式下的工作流程如图4所示：按设定路线进行巡逻，发现有障碍物等不明东西时，进一步进行数据采集和分析。如果是移动的生命体，需要上报跟踪；如果是不移动的物体，进一步确认是否有生命特征。如果有生命特征，进行上报；如果没有生命特征，绕道继续巡逻。

[0029] 虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域熟练技术人员应当理解，这些仅是举例说明，可以对本实施方式作出多种变更或修改，而不背离本发明的原理和实质，本发明的保护范围仅由所附权利要求书限定。

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带通滤波器	2020-05-11	150
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