專利名稱：一種基于Wi-Fi的機(jī)器人的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種機(jī)器人，特別是涉及一種網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控機(jī)器人，它適用于安保、排障和 危險(xiǎn)地帶探測(cè)等領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
移動(dòng)機(jī)器人的概念相當(dāng)廣泛，從移動(dòng)形式分為輪式、履帶式、行走式、水下推進(jìn)式等 等，特別是一些危險(xiǎn)作業(yè)機(jī)器人，是脫離人的直接控制，依靠遠(yuǎn)程遙控，自主或半自主的方 式完成指定的工作，因此比一般工業(yè)機(jī)器人更加復(fù)雜，智能化程度更高，所涉及的技術(shù)更加 廣泛，而且難度也更大，其核心技術(shù)包括移動(dòng)行走技術(shù)、遙控和遙操作技術(shù)，自主或半自主 技術(shù)、多傳感器信息融合技術(shù)、導(dǎo)航和定位技術(shù)、仿生結(jié)構(gòu)化技術(shù)等。
隨著移動(dòng)機(jī)器人的發(fā)展，所需完成任務(wù)的復(fù)雜化，給機(jī)器人安裝上"眼睛"成為了迫切
的需求。隨著CMOS、 CCD攝像機(jī)的不斷向小型化發(fā)展，價(jià)格不斷的下降，人們開(kāi)始嘗試將攝像 頭裝在機(jī)器人上，增加了視覺(jué)，更方便于操控。
早期在機(jī)器人裝載整套錄像裝置的方式，無(wú)法實(shí)時(shí)對(duì)機(jī)器人監(jiān)視。緊接著出現(xiàn)采用電纜 的形式的攝像機(jī)，雖然能實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)視，但是行動(dòng)的范圍受到了限制，同時(shí)過(guò)長(zhǎng)的電纜也不 大可靠。
后期出現(xiàn)的模擬無(wú)線攝像頭能夠無(wú)線的傳輸視頻，然而沒(méi)有加密的信號(hào)，及容易竊取， 安全性沒(méi)有保障，更無(wú)法應(yīng)用在安防領(lǐng)域。授權(quán)公告號(hào)為CN1331641C的發(fā)明專利披露了一種 "保安巡邏機(jī)器狗"，該機(jī)器狗雖然能夠進(jìn)行自主巡邏，但是仍存在以下不足1、視頻采用 無(wú)線模擬信號(hào)傳輸，不易加密處理，容易被他人竊取，無(wú)法起到應(yīng)有的保安作用；2、傳輸指 令的射頻信號(hào)，必須使用專用的接收設(shè)備，不便于接入互聯(lián)網(wǎng)；3、無(wú)排除障礙機(jī)械手或類似 裝置，無(wú)法執(zhí)行如滅火、排爆、惡劣環(huán)境下的生命拯救、反恐作戰(zhàn)等任務(wù)；4、不便于接入衛(wèi) 星導(dǎo)航系統(tǒng)，無(wú)法在野外等惡劣條件下工作。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于現(xiàn)有技術(shù)存在上述不足，本發(fā)明的目的是提供一種基于Wi-Fi (Wireless Fidelity, 無(wú)線相容性認(rèn)證)技術(shù)的機(jī)器人，該機(jī)器人不僅具有信息傳輸保密性好、復(fù)雜環(huán)境適應(yīng)強(qiáng)的 優(yōu)點(diǎn)，而且可執(zhí)行惡劣環(huán)境下的各種任務(wù)。
本發(fā)明實(shí)現(xiàn)上述目的的技術(shù)方案為
一種基于Wi-Fi的機(jī)器人，其特征在于該機(jī)器人包括
——機(jī)器人本體，它為一種主要由車廂和履帶行走機(jī)構(gòu)組成的履帶式機(jī)動(dòng)車輛，其中所
3述車廂上設(shè)有一機(jī)械手，該機(jī)械手由轉(zhuǎn)盤(pán)連接固定在車廂頂面前部的中間；
——機(jī)器人控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)以ARM9系列嵌入式微處理器為核心，外圍分別配置電子 指南針、GPS模塊、CCD攝像機(jī)、由反射式紅外傳感器、熱釋電紅外傳感器、溫度傳感器和濕 度傳感器組成的傳感器組、Wi-Fi模塊、機(jī)器人本體控制器和機(jī)械手控制器構(gòu)成；其中，所 述的GPS模塊、機(jī)器人本體控制器和機(jī)械手控制器分別接在所述微處理器的串行口上，所述 的CCD攝像機(jī)、傳感器組和Wi-Fi模塊分別設(shè)在微處理器的I/O 口上，所述的電子指南針以
rc總線方式與微處理器連接；
所述的Wi-Fi模塊一方面接收外部控制指令，另一方面將由CCD攝像機(jī)攝取的視頻圖像 加密并向外發(fā)送；
所述的微處理器根據(jù)傳感器組所探測(cè)到的信息以及GPS模塊導(dǎo)航信息和電子指南針?biāo)_ 定的機(jī)器人本體的朝向，自主控制機(jī)器人本體控制器和機(jī)械手控制器，完成巡邏、排障和拯 救任務(wù)；或者根據(jù)Wi-Fi模塊所接收到的外部指令，遠(yuǎn)程控制機(jī)器人本體控制器和機(jī)械手控 制器，完成巡邏、排障和拯救任務(wù)。
本發(fā)明上述方案中所述的ARM9系列微處理器是英國(guó)ARM公司設(shè)計(jì)的主流嵌入式處理器， 具體可選用ARM9TDMI和ARM9E-S等系列，也可選用韓國(guó)三星公司產(chǎn)的S3C2440A芯片。
本發(fā)明所述的機(jī)器人控制系統(tǒng)中的Wi-Fi模塊所接收的外部指令的來(lái)源以及視頻圖像發(fā) 送的目標(biāo)均為公知的遠(yuǎn)程監(jiān)控裝置(如遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī))，其聯(lián)絡(luò)方案可以是已知的成熟技術(shù)，如， 由無(wú)線路由、互聯(lián)網(wǎng)和計(jì)算機(jī)連接組成，再如，由移動(dòng)基站、GPRS網(wǎng)絡(luò)、APN專線和計(jì)算機(jī) 連接組成。
為滿足野外長(zhǎng)時(shí)間工作的要求，本發(fā)明所述的機(jī)器人還包括太陽(yáng)能供電裝置，該裝置由 覆蓋在機(jī)器人本體的車廂上表面的太陽(yáng)能板和設(shè)在車廂內(nèi)部的充電電路組成。
本發(fā)明所述的機(jī)器人還包括設(shè)在車廂頂部的警燈，該警燈電源開(kāi)關(guān)的控制端與所述ARM9 系列嵌入式微處理器的I/O 口連接。當(dāng)所述的反射式紅外傳感器與熱釋電紅外傳感器聯(lián)合探 測(cè)到前進(jìn)方向上有移動(dòng)的生命體時(shí)，警燈便發(fā)出警示信號(hào)，以便保證道路的暢通。
本發(fā)明所述的機(jī)器人還包括設(shè)在車廂頂面的前拐角處的兩照明燈，該照明燈電源開(kāi)關(guān)的 控制端與所述ARM9系列嵌入式微處理器的I/0口連接。當(dāng)環(huán)境光線較暗時(shí)，兩照明燈自動(dòng)點(diǎn) 亮，以便于CCD攝像機(jī)攝取到清晰的視頻圖像。
本發(fā)明所述的CCD攝像機(jī)由全方位云臺(tái)連接固定在車廂的頂面，位于所述機(jī)械手的后方， 且其鏡頭高于固定機(jī)械手的轉(zhuǎn)盤(pán)，以監(jiān)視機(jī)械手的作業(yè)過(guò)程，并便于根據(jù)情況遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)修正 機(jī)械手的作業(yè)動(dòng)作。
本發(fā)明所述的機(jī)器人較現(xiàn)有技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn)和顯著效果1、 將Wi-Fi通訊技術(shù)融合其中，利用無(wú)線網(wǎng)絡(luò)極大地提高了圖像傳輸速度，較好地滿足 了視頻圖像的傳輸要求；可對(duì)通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行傳輸?shù)男畔⑦M(jìn)行加密，有效地提高了通訊安全 等級(jí)；兼容性好，無(wú)需專用設(shè)備即可接入互聯(lián)網(wǎng)。
2、 設(shè)有機(jī)械手，不僅可主動(dòng)排除前進(jìn)道路上的障礙物，有效地?cái)U(kuò)大了巡視的范圍，而且 可直接拯救由熱釋電紅外傳感器探測(cè)到生命體。尤其是可通過(guò)CCD攝像機(jī)傳回的視頻圖像對(duì) 機(jī)械手的作業(yè)動(dòng)作進(jìn)行實(shí)時(shí)修正，顯著提高了排障和拯救工作的效率和成功率。


圖1為本發(fā)明所述機(jī)器人的控制系統(tǒng)的一種具體實(shí)施例的硬件結(jié)構(gòu)框圖2為本發(fā)明所述控制系統(tǒng)的一種具體實(shí)施例的控制原理圖3為本發(fā)明所述基于Wi-Fi的機(jī)器人的一種具體實(shí)施例的結(jié)構(gòu)立體示意圖4為本發(fā)明所述機(jī)器人本體控制器的電原理圖，其中(a)為AVR MEGA64單片機(jī)引腳 圖，(b)為電機(jī)控制芯片L298N電路圖(c)為堵轉(zhuǎn)保護(hù)電路圖5為本發(fā)明所述基于Wi-Fi的機(jī)器人的初始化流程圖，其中5 (a)為機(jī)器人初始化主 程序的流程圖，5(b)為嵌入式系統(tǒng)初始化子程序的流程圖，5 (c)自主導(dǎo)航系統(tǒng)初始化子程 序的流程圖,5(d)為排障、拯救作業(yè)系統(tǒng)初始化子程序的流程圖
圖6為本發(fā)明所述基于Wi-Fi的機(jī)器人的遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)控制流程圖7為本發(fā)明所述基于Wi-Fi的機(jī)器人巡邏訓(xùn)練流程圖8為本發(fā)明所述基于Wi-Fi的機(jī)器人巡邏流程圖9為本發(fā)明所述基于Wi-Fi的機(jī)器人生命探測(cè)流程圖10為本發(fā)明所述基于Wi-Fi的機(jī)器人自動(dòng)排障流程圖。
具體實(shí)施例方式
參見(jiàn)圖1，機(jī)器人本體控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)由ARM9微處理器為所述控制系統(tǒng)的核心配以 外圍電路組成，其中，
ARM9系列微處理器選用韓國(guó)三星公司產(chǎn)的S3C2440A嵌入式處理器，該處理器是一個(gè)由 Advanced RISC Machines有限公司設(shè)計(jì)的16/32位ARM920T的RISC處理器，它集成了以下
主要功能
4通道DMA并有外部請(qǐng)求引腳；
* 3通道UART (IrDAl. 0, 64字節(jié)TxFIFO,和64字節(jié)RxFIF0);
2通道SPI;
* 1通道I2C接口 (多主支持)；
* 2端口 USB主機(jī)/1端口 USB設(shè)備；* 4通道PWM定時(shí)器和1通道內(nèi)部定時(shí)器/看門狗定時(shí)器；* 8通道10比特ADC和觸摸屏接口 ；* 130個(gè)通用I/O 口和24通道外部中斷源；所述的外圍電路主要由分別接在S3C2440A的三個(gè)串行通訊口上的機(jī)器人本體控制器、機(jī) 械手控制器和GPS模塊、以I2C總線方式與S3C2440A連接的電子指南針、以USB總線方式與 S3C2440A微處理器連接的Wi-Fi模塊和分別接在S3C2440A的A/D轉(zhuǎn)換功能的I/O 口上的傳 感器組和CCD攝像機(jī)組成，其中，1、 機(jī)器人本體控制器由普通的AVRMEGA64單片機(jī)U1及其外圍的驅(qū)動(dòng)電路和保護(hù)電路組 成。參見(jiàn)圖4 (b)，所述的驅(qū)動(dòng)電路的核心由STMicroelectronics公司的L298N芯片U2擔(dān) 任，所述的芯片U2的輸出口0UT1 0UT4組成兩路輸出，分別與機(jī)器人本體中履帶行走機(jī)構(gòu) 13內(nèi)的直流電機(jī)連接，由單片機(jī)Ul相應(yīng)I/O 口控制電機(jī)的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)和速度，進(jìn)而控制機(jī) 器人本體的前進(jìn)、后退、轉(zhuǎn)彎、停止以及行走的速度，完成巡邏任務(wù)。參見(jiàn)圖4 (c)，所述 的保護(hù)電路由LM358 (U3)和外圍的阻容元件組成帶滯回特性的電壓比較器，檢測(cè)L298N 1 腳和15腳的電機(jī)電流強(qiáng)度檢測(cè)信號(hào)，當(dāng)檢測(cè)到出現(xiàn)電機(jī)因堵轉(zhuǎn)導(dǎo)致的電流增加時(shí)，可以立即 改變比較器輸出狀態(tài)，同時(shí)這個(gè)信號(hào)傳遞到單片機(jī)的外部中斷口，通過(guò)中斷服務(wù)程序延時(shí)或 立即切斷電機(jī)電源，剎住電機(jī)，保護(hù)電機(jī)的安全。所述電壓比較器的滯回特性，可以使LM358 的正輸入端具有高低雙門限電壓，避免電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中L298N的電機(jī)檢測(cè)信號(hào)跳動(dòng)導(dǎo)致保護(hù) 電路誤動(dòng)作。2、 機(jī)械手控制器是由日本EleKit公司生產(chǎn)的MR-999E型五自由度的機(jī)械手配套的MARI 控制器，該控制器通過(guò)串口和上位機(jī)S3C2440A通訊，接收上位機(jī)的指令控制機(jī)械手作出相應(yīng) 動(dòng)作。3、 GPS模塊選用麗臺(tái)公司的LR9543全球定位衛(wèi)星導(dǎo)航模塊。所述的S3C2440A通過(guò)定時(shí)訪問(wèn)獲取機(jī)器人本體此時(shí)此刻的位置。4、 所述的電子指南針為BQ-CA80-12C電子數(shù)字指南針模塊(采用了飛利浦公司的KMZ52 芯片)。所述的電子指南針配合LR9543全球定位衛(wèi)星導(dǎo)航模塊，確定機(jī)器人本體行走的方向。5、 Wi-Fi模塊為VIA VT6656嵌入式無(wú)線網(wǎng)卡。所述的無(wú)線網(wǎng)卡配置IP使得圖像和遙控指 令雙向傳送。6、 CCD攝像機(jī)為常規(guī)的CCD攝像機(jī)，其攝取的圖像通過(guò)上述的VIA VT6656嵌入式無(wú)線網(wǎng)卡和互聯(lián)網(wǎng)向遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)發(fā)送。友迅公司生產(chǎn)的DCS-1000專業(yè)級(jí)網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)，提供VGA(640x480)分辨率、24位色的視頻捕捉效果，使用10M/100M自適應(yīng)以太網(wǎng)卡接口直接接入網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行工作。本發(fā)明的攝像頭是通過(guò)普通網(wǎng)線連接到網(wǎng)絡(luò)口，使用網(wǎng)絡(luò)控制芯片RTL8019AS經(jīng)由過(guò)I/O 口與核心S3C2440A相連。7、傳感器組由反射式紅外傳感器、熱釋電紅外傳感器、溫度傳感器、濕度傳感器組成。 本實(shí)施例中，所述的外圍電路還包括1、 將機(jī)械手6連接固定在車廂14上的轉(zhuǎn)盤(pán)5 (見(jiàn)圖3)的驅(qū)動(dòng)電路，該電路的核心由 L298N擔(dān)任，其輸出口 0UT1 0UT2與轉(zhuǎn)盤(pán)5內(nèi)的直流電機(jī)連接，由單片機(jī)Ul的I/O 口輸出 信號(hào)控制電機(jī)的正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)。具體電路可參照4 (b)設(shè)計(jì)。2、 將CCD攝像機(jī)8連接固定在車廂14上的全方位云臺(tái)7的驅(qū)動(dòng)電路，該電路的核心由 L298N擔(dān)任，其輸出口 0UT1 0UT4組成兩路輸出，分別與全方位云臺(tái)7 (見(jiàn)圖3)內(nèi)的兩臺(tái) 直流電機(jī)連接，由單片機(jī)Ul的I/O 口輸出信號(hào)控制兩電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，達(dá)到控制CCD攝像機(jī)8 水平旋轉(zhuǎn)和其攝像頭的俯仰運(yùn)動(dòng)。具體電路可參照4 (b)設(shè)計(jì)。3、 兩照明燈分別為常規(guī)車用LED燈，其電源開(kāi)關(guān)的控制端與Ul (S3C2440A)的I/O 口 連接。4、 警燈為警車常用的信號(hào)燈，其電源開(kāi)關(guān)的控制端與U1 (S3C2440A)的I/O 口連接。 參見(jiàn)圖3，本發(fā)明所述的機(jī)器人本體為一種主要由車廂14和履帶行走機(jī)構(gòu)13組成的履帶式機(jī)動(dòng)車輛；所述的紅外線熱釋電傳感器l為兩只，分別嵌設(shè)在車廂14的前端面上，有利 于感知車前的生命體；所述的反射式紅外傳感器2為四只，其中兩只嵌設(shè)在車廂14的前端面 上，并位于兩紅外線熱釋電傳感器l的兩側(cè)，車廂14的兩側(cè)各設(shè)一只，以便于探測(cè)到障礙車 周圍的障礙物；所述濕度傳感器ll設(shè)在車廂后端，用于監(jiān)測(cè)環(huán)境的濕度；所述溫度傳感器設(shè) 在車廂內(nèi)部(圖3中沒(méi)顯示)，用于監(jiān)測(cè)機(jī)器人內(nèi)部的工作溫度；所述的兩照明燈3分別設(shè)在 車廂14頂面的兩前拐角處，便于在環(huán)境光線較暗的條件下CCD攝像機(jī)可拍攝到清晰的圖像； 所述的警燈4設(shè)在車廂14頂面前部的中間；所述的機(jī)械手6為閂本EleKit公司生產(chǎn)的MR-999E 型五自由度的機(jī)械手，該機(jī)械手由五個(gè)伺服電機(jī)和相應(yīng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)組成，前端為夾狀機(jī)構(gòu)， 并由一轉(zhuǎn)盤(pán)5將機(jī)械手的底座連接固定在車廂14頂面前部的中間，可完成抓、放、舉、旋轉(zhuǎn) 或各種組合動(dòng)作；所述的CCD攝像機(jī)為友迅公司生產(chǎn)的DCS-1000專業(yè)級(jí)網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)，由一全 方位云臺(tái)7連接固定在車廂的頂面，并位于所述作業(yè)機(jī)械手的后方，其中所述的全方位云臺(tái) 7由兩個(gè)帶編碼器的行星減速電機(jī)控制，控制簡(jiǎn)單靈活，使CCD攝象機(jī)可靈活轉(zhuǎn)動(dòng)拍攝車四 周的環(huán)境及機(jī)械手排障和拯救作業(yè)的場(chǎng)景；與Wi-Fi模塊連接的兩根天線9設(shè)在車廂14頂面 的后部；GPS模塊的增益天線10設(shè)在車廂14頂面后部的中間；所述的太陽(yáng)能供電裝置由常 用的太陽(yáng)能板和充電電路組成，其中太陽(yáng)能板12覆蓋在機(jī)器人本體的車廂14后部的上表面。 參見(jiàn)圖2本發(fā)明機(jī)器人的控制系統(tǒng)分為三個(gè)控制層級(jí)，即由ARM9系列微處理器承擔(dān)整 個(gè)系統(tǒng)的控制和管理；由電子指南針、GPS模塊、傳感器組、照明燈和警燈形成執(zhí)行層，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人對(duì)周圍環(huán)境情況的視覺(jué)觀察、機(jī)器人自身的定位與導(dǎo)航、障礙和生命體的探測(cè)以及 障礙排除和生命體拯救；Wi-Fi模塊通過(guò)無(wú)線路由和互聯(lián)網(wǎng)與遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)進(jìn)行通訊。 以下結(jié)合圖5至圖10詳細(xì)描述本發(fā)明所述機(jī)器人工作過(guò)程和控制方法。1、 遠(yuǎn)程控制本發(fā)明是通過(guò)Wi-Fi技術(shù)的無(wú)線局域網(wǎng)進(jìn)行通訊和控制的。結(jié)合圖5(b)和圖6，對(duì)遠(yuǎn)程 控制機(jī)器人進(jìn)行說(shuō)明。根據(jù)圖5 (b)所示的嵌入式系統(tǒng)初始化的流程圖，Wi-Fi模塊進(jìn)行初 始化后會(huì)自動(dòng)連接無(wú)線路由器(與PC機(jī)的網(wǎng)卡功能類似)，由路由器自動(dòng)分配機(jī)器人的IP地 址，也可以使用手動(dòng)獲取的方式。若連接三次均不成功，則發(fā)出出錯(cuò)提示音，等待操作員查 錯(cuò)。若連接成功，機(jī)器人則打開(kāi)設(shè)置好的客戶端網(wǎng)絡(luò)端口，進(jìn)入待命狀態(tài)，監(jiān)聽(tīng)發(fā)送的指令。根據(jù)附圖6，遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)獲取輸入設(shè)備操縱桿或者鍵盤(pán)的命令后，進(jìn)行程序解析后，將 相關(guān)的指令，通過(guò)向機(jī)器人的IP地址和相應(yīng)的地址發(fā)送。命令發(fā)送的整個(gè)過(guò)程是通過(guò)TCP/IP 協(xié)議，網(wǎng)絡(luò)的傳輸對(duì)用戶是透明的。機(jī)器人接收到指令后，預(yù)設(shè)的程序通過(guò)査表的方式，響應(yīng)遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)發(fā)送的命令，完成 相應(yīng)的動(dòng)作。2、 巡邏結(jié)合附圖7和附圖8簡(jiǎn)要說(shuō)明本發(fā)明的巡邏功能。本發(fā)明在第一次使用時(shí)，沒(méi)有設(shè)置相 應(yīng)的巡邏路徑，必須對(duì)其進(jìn)行訓(xùn)練，才能進(jìn)行工作。附圖7是巡邏訓(xùn)練流程圖。巡邏訓(xùn)練分兩種， 一種是自動(dòng)巡邏訓(xùn)練， 一種是手動(dòng)巡邏訓(xùn) 練。開(kāi)機(jī)后，即進(jìn)行初始化，附圖5(a)、 (b)、 (c)、和(d)所示，相應(yīng)的GPS定位數(shù)據(jù)和方 向數(shù)據(jù)(與地理北極的角度的差值)存儲(chǔ)在內(nèi)存中。初始化完成后，機(jī)器人等待接收指令， 當(dāng)收到自動(dòng)邏輯訓(xùn)練指令時(shí)，機(jī)器人等待輸入目的地地址。當(dāng)輸入完整的目的地址信息，如 東經(jīng)113. 2759952545166度，北緯23. 117055306224895度時(shí)，機(jī)器人開(kāi)始根據(jù)自身所在的經(jīng) 度緯度和目的地的經(jīng)度緯度進(jìn)行計(jì)算，電子指南針計(jì)算出目的地的方向，然后發(fā)送指令，所 述的微處理接受指令后，通過(guò)機(jī)器人本體控制器控制機(jī)器人轉(zhuǎn)向目的地所在方向前進(jìn)。在行 使過(guò)程中，由于前方可能遇到障礙物，必須繞開(kāi)前進(jìn)中遇到的障礙物。繞開(kāi)障礙物后，機(jī)器 人的指向己經(jīng)發(fā)生改變，路徑也發(fā)生了變化，必須根據(jù)實(shí)際情況及時(shí)修正路線，并儲(chǔ)存在控 制核心的FLASH中。當(dāng)前坐標(biāo)與目的地坐標(biāo)重新計(jì)算后，根據(jù)電子指南針的讀數(shù)，重新確定 方向，并開(kāi)始前進(jìn)。經(jīng)過(guò)反復(fù)的修正，最終達(dá)到目的地后。中間所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)都會(huì)儲(chǔ)存起來(lái)。手動(dòng)訓(xùn)練則是在操作員的手動(dòng)操作下進(jìn)行，機(jī)器人儲(chǔ)存所走過(guò)的路徑。直到收到訓(xùn)練完畢的指令后，完成操作。巡邏訓(xùn)練完畢后，即可在起點(diǎn)和終點(diǎn)之間進(jìn)行反復(fù)巡邏。根據(jù)附圖8，機(jī)器人在沒(méi)有收到停止指令的情況下，將會(huì)不間斷的進(jìn)行反復(fù)巡邏。在巡邏過(guò)程中，如果熱釋紅外傳感器探 測(cè)到有入侵者，則全方位云臺(tái)7驅(qū)動(dòng)CCD攝像機(jī)8使其鏡頭對(duì)準(zhǔn)入侵者，追蹤拍攝，作為證 據(jù)發(fā)送到指定的遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)進(jìn)行存儲(chǔ)。與其同時(shí)，警燈閃爍，拉響警報(bào)，并將報(bào)警信息反饋 回遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)，提醒操作員注意。此過(guò)程將會(huì)反復(fù)進(jìn)行，直到確認(rèn)入侵者離開(kāi)，才關(guān)閉報(bào)警。
3、 排障
本發(fā)明裝有機(jī)械手，能進(jìn)行排障作業(yè)。以下結(jié)合附圖IO，對(duì)自動(dòng)排除障礙物進(jìn)行說(shuō)明。 在排障礙物之前，需要將障礙物的特征輸入，建立相應(yīng)的特征庫(kù)。如排除巖石，應(yīng)將紋理等 相應(yīng)的信息輸入進(jìn)特征數(shù)據(jù)庫(kù)。本發(fā)明是在特征庫(kù)已經(jīng)建立好的情況下，進(jìn)行自動(dòng)排障礙物 的作業(yè)。
在指定路線的行走過(guò)程中，如果測(cè)障電路檢測(cè)到有障礙物，則對(duì)圖像進(jìn)行采集。采集回 來(lái)的圖像進(jìn)行預(yù)處理，預(yù)處理包括圖像去噪、圖像增強(qiáng)、圖像分割，選取出感興趣的區(qū)域。 緊接著進(jìn)行特征提取操作，在根據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)的檔案特征，進(jìn)行特征比對(duì)。如果目標(biāo)物體不屬于 需要排除的障礙物，則繞開(kāi)障礙物，繼續(xù)行走。若檢測(cè)到相符的物體，則根據(jù)障礙物的距離 和提取的輪廓進(jìn)行尺寸估算，若遠(yuǎn)大于能機(jī)械手搬動(dòng)的范圍，則上傳遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)，提醒操作 員注意，并等待返回的控制指令。若估算結(jié)果滿足搬運(yùn)條件，則通過(guò)模糊控制算法，控制機(jī) 械手靠近障礙物。根據(jù)模糊控制方法，建立二次運(yùn)算模型，不斷調(diào)整機(jī)械手的位置，最終將 障礙物抓住，并移動(dòng)到指定的位置。
4、 拯救生命
本發(fā)明機(jī)器人能在人不方便進(jìn)入的條件下，進(jìn)行生命探測(cè)。其流程如附圖9所示。在進(jìn) 入目標(biāo)區(qū)域后，熱釋紅外傳感器檢測(cè)到有生命體的紅外特征后，開(kāi)始進(jìn)行圖像采集，并進(jìn)行 圖像預(yù)處理。圖像預(yù)處理包括圖像去噪、二值化、圖像分割。再提取出該生命的特征，根 據(jù)特征庫(kù)的信息，進(jìn)行比對(duì)，濾除其他動(dòng)物的輪廓特征。若檢測(cè)到是人，則閃警燈，并上傳 遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)，彈出報(bào)警信息(對(duì)話框)，提醒操作員注意。若檢測(cè)到不是人，為減少誤判機(jī)會(huì)， 將可疑信息上傳遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)，由操作員自行判斷。
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權(quán)利要求
1、一種基于Wi-Fi的機(jī)器人，其特征在于該機(jī)器人包括——機(jī)器人本體，它為一種主要由車廂(14)和履帶行走機(jī)構(gòu)(13)組成的履帶式機(jī)動(dòng)車輛，其中所述車廂(14)上設(shè)有一機(jī)械手(6)，該機(jī)械手由轉(zhuǎn)盤(pán)(5)連接固定在車廂(14)頂面前部的中間；——機(jī)器人控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)以ARM9系列嵌入式微處理器為核心，外圍配置電子指南針、GPS模塊、CCD攝像機(jī)、由反射式紅外傳感器、熱釋電紅外傳感器、溫度傳感器和濕度傳感器組成的傳感器組、Wi-Fi模塊、機(jī)器人本體控制器和機(jī)械手控制器構(gòu)成；其中，所述的GPS模塊、機(jī)器人本體控制器和機(jī)械手控制器分別接在所述微處理器的一串行口上，所述的CCD攝像機(jī)、傳感器組和Wi-Fi模塊分別設(shè)在微處理器的I/O口上，所述的電子指南針以I2C總線方式與微處理器連接；所述的Wi-Fi模塊一方面接收外部控制指令，另一方面將由CCD攝像機(jī)攝取的視頻圖像加密并向外發(fā)送；所述的微處理器根據(jù)傳感器組所探測(cè)到的信息以及GPS模塊導(dǎo)航信息和電子指南針?biāo)_定的機(jī)器人本體的朝向，自主控制機(jī)器人本體控制器和機(jī)械手控制器，完成巡邏、排障和拯救任務(wù)；或者根據(jù)Wi-Fi模塊所接收到的外部指令，遠(yuǎn)程控制機(jī)器人本體控制器和機(jī)械手控制器，完成巡邏、排障和拯救任務(wù)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于Wi-Fi的機(jī)器人，其特征在于該機(jī)器人還包括太陽(yáng)能 供電裝置，該裝置由覆蓋在機(jī)器人本體的車廂(14)上表面的太陽(yáng)能板和設(shè)在車廂(14)內(nèi) 部的充電電路組成。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于Wi-Fi的機(jī)器人，其特征在于該機(jī)器人還包括設(shè)在車 廂(14)頂部的警燈(4)，該警燈的電源開(kāi)關(guān)的控制端與所述ARM9系列嵌入式微處理器的 I/O 口連接。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于Wi-Fi的機(jī)器人，其特征在于該機(jī)器人還包括設(shè)在車 廂(14)頂面的前拐角處的兩照明燈(3)，該照明燈的電源開(kāi)關(guān)的控制端與所述ARM9系列嵌 入式微處理器的1/0口連接。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1 4之一所述的一種基于Wi-Fi的機(jī)器人，其特征在于所述的CCD攝 像機(jī)由一全方位云臺(tái)(7)連接固定在車廂(14)的頂面，位于所述機(jī)械手(6)的后方，且 其攝像鏡頭高于固定機(jī)械手(6)的轉(zhuǎn)盤(pán)(5)。
全文摘要
一種基于Wi-Fi的機(jī)器人，該機(jī)器人包括機(jī)器人本體，它為一種主要由車廂(14)和履帶行走機(jī)構(gòu)(13)組成的履帶式機(jī)動(dòng)車輛，其中所述車廂(14)上設(shè)有一機(jī)械手(6)，該機(jī)械手由一轉(zhuǎn)盤(pán)(5)連接固定在車廂(14)頂面前部的中間；機(jī)器人控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)以ARM9系列嵌入式微處理器為核心，外圍分別配置電子指南針、GPS模塊、CCD攝像機(jī)、傳感器組、Wi-Fi模塊、機(jī)器人本體控制器和機(jī)械手控制器構(gòu)成；所述的Wi-Fi模塊一面接收外部控制指令，一面將所述傳感器組中由CCD攝像機(jī)攝取的視頻圖像加密并向外發(fā)送；所述的微處理器可自主控制機(jī)器人本體控制器和機(jī)械手控制器，完成巡邏、排障、拯救和報(bào)警任務(wù)，也可遠(yuǎn)程控制機(jī)器人本體控制器和機(jī)械手控制器，完成巡邏、排障、拯救和報(bào)警任務(wù)。
文檔編號(hào)B25J19/00GK101293349SQ20081002854
公開(kāi)日2008年10月29日 申請(qǐng)日期2008年6月5日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月5日
發(fā)明者沈仰云, 虹 陳, 黃文愷 申請(qǐng)人:廣州大學(xué)