采用IIC-BUS总线与核心处理器进行通信。
[0048]6.电机驱动单元(606)采用ST的直流电机驱动芯片L6234为核心进行电机的功率放大和驱动电路，将核心处理器输出的PWM信号经驱动电路进行功率放大后驱动电机(3 O 2 )，通过P WM信号的不同脉宽实现对旋翼不同转速的控制;每个电机需3个P WM控制信号和3个使能信号共6个接口，4个电机共需24个I/O接口。
[0049]7.数据采集板(607)，用于搭载各种井下现场环境监测相关的传感器模块，将传感器模块的模拟信号I/o采集转换，并将数据通过UART接口发送给主控板。
[0050]8.舵机(311)由一个I/O接口直接驱动控制，通过输出不同脉冲宽度的脉冲信号实现对舵机转动角度的控制。
[0051 ] 9.数字摄像机(308)，采用自带光源的具有数字视频压缩功能的USB口数字摄像机，USB 口连接主控板，由Linux及设备驱动程序提供支持。
[0052]10.麦克风(307)连接主控板的Mic接口，用于采集语音信号。
[0053]11.扬声器(608)连接主控板的Phone接口，用于语音信号放大输出。
[0054]12.Wifi通信模块(609)，采用USB接口 Wifi无线网卡，由Linux及设备驱动程序提供支持，采用外置天线(304)。
[0055]数据采集板采用模块化设计，所有传感器均为模块，具有排针接口，通过排针插座与采集板连接，获得电源供电，并将所采集的模拟信号输出到处理器支持A/D转换I/O接口上。图7为机器人的数据采集板的结构示意图，主要包括:
[0056]1.处理器(701)，选择TI公司的MSP430F147单片机，该型号为16位RISC结构，具有32k Flash，IkRAM13MSPASO可在1.8?3.6V低电压下工作，系统采用3.3V工作电压。MSP430F147内置精度为12位200kps的A/D转换器，MSP430F147具有5种低功耗模式，使用LPM4模式时最低功耗可降至0.luA。
[0057]2.温度传感器(702)，采用DS18B20温度传感器模块，量程范围-55摄氏度至+125摄氏度。
[0058]3.甲烷传感器(703)，采用MQ-4甲烷传感器模块，量程范围300至1000ppm。
[0059]4.电源与时钟模块(704)，包括电压转换和时钟管理元件，DC电压转换均采用MAX1724系列电源芯片，为处理器和所有传感器模块供电；选用SMHz晶振;使用一路A/D转换器用于电池电压检测。
[0060]5.—氧化碳传感器(705)，采用ME2-⑶一氧化碳传感器模块，量程范围O至100ppm0
[0061]6.二氧化碳传感器(706)，采用MG811 二氧化碳气体传感器模块，量程范围O至10000ppmo
[0062]7.氧气传感器(707)，采用ME3-02氧气传感器模块，量程范围O至30%。
[0063]四轴旋翼井下机器人主控板使用Linux系统，通过相关驱动程序驱动各硬件接口和摄像头等外接采集设备，软件功能结构如图8所示:
[0064]1.视频采集程序(801)，在系统、USB 口驱动及摄像头驱动程序支持下获取经过压缩的视频及图像数据。
[0065]2.语音采集程序(802)，在系统及驱动程序支持下通过Mic 口获取麦克风语音数据，并通过相关语音压缩算法库对语音进行压缩。
[0066]3.环境数据采集程序(803)，在系统及端口驱动程序支持下通过UART接口获取数据采集的环境数据。
[0067]4.无线通信子系统(804)，在系统、USB 口驱动及Wifi无线网卡驱动程序支持下实现网络通信服务，通过Socket程序实现井下机器人与其控制设备之间的TCP/IP数据链路的建立管理，并通过链路将所采集的视频、语音、环境参数等数据发送给井下机器人控制设备，同时接收由井下机器人控制设备下发的控制数据及语音数据。
[0068]5.姿态数据采集程序(805)，在系统支持下获取通过IIC-BUS总线传输的机器人姿态数据。
[0069]6.飞行控制子系统(807)，在系统支持下控制四旋翼的转动速度，参考机器人的姿态数据控制机器人的保持平衡，同时根据无线通信子系统(804)得到的由井下机器人控制设备下发的控制数据，对飞行状态进行调整，并对姿态数据进行处理和累积计算，获得飞行线路和飞行距离数据。
[0070]7.无线信号强度采集程序(806)，在系统、USB 口驱动及Wifi无线网卡驱动程序支持下获取并监测最近的固定Wifi路由器的Wifi信号强度。
[0071]8.路由投放子系统(808)，在系统支持下控制舵机和路由设备投放装置实现对路由设备的投放。参考的数据包括飞行控制子系统(807)提供的飞行距离数据和Wifi信号强度采集程序(806)提供的最近的固定Wifi路由设备的无线信号强度。
[0072]路由投放子系统的流程如图9所示
[0073]1.(901)Wifi信号强度RSSI值的采集，采集最近的固定Wifi路由器的无线信号强度。
[0074]2.(902)判断Wifi信号RSSI值是否小于设定阈值，如果满足则执行(905)，否则顺序执行(903)。
[0075]3.(903)采集最近的固定Wifi路由设备飞行距离数据。
[0076]4.(904)判断井下机器人与最近的固定Wifi路由设备距离是否大于设定阈值，如果满足则执行(905)，否则返回(901)。
[0077]5.(905)判断井下机器人目前携带的固定Wifi路由设备数目，如果还有固定Wifi路由设备，则执行(906)，否则执行(907)。
[0078]6.(906)控制舵机转动使Wi fi路由设备投放装置中的Wi fi路由设备自动投放到当前位置，执行完后返回(901)。
[0079]7.(907)路由投放子系统进入返航状态。
【主权项】
1.一种基于Wifi的井下机器人通信控制系统，其特征在于:井下机器人采用Wifi多跳无线网络与机器人控制设备通信，井下机器人携带有多个Wifi路由设备，在行进过程中同时根据设定条件投放Wifi无线路由设备，使Wifi网络的覆盖范围随井下机器人的行进路程的增加而不断推进，保证井下机器人与机器人控制设备的通信;所述通信控制系统通过井下机器人携带的视频采集设备采集视频或图像数据，将数据通过Wifi网络传输至机器人控制设备;井下机器人携带有语音采集元件和语音放大设备，通过语音采集元件采集语音信号，通过语音放大设备将通过Wifi网络下传的语音数据还原为语音信号放大播放。2.如权利要求1所述的通信控制系统，其特征在于:井下机器人携带有多个Wifi路由设备，井下机器人在行进过程中监测最近的固定Wifi路由设备信号强度，当Wifi信号强度低于设定阈值时，则机器人在当前位置投放新的固定Wifi无线路由设备，重复执行以上监测与投放过程，使Wifi网络的覆盖范围随飞行器的行进距离不断推进。3.如权利要求2所述的通信控制系统，其特征在于:或采用以下Wifi路由设备部署方法，井下机器人在行进过程中测量并记录行进的路程长度，当以最近的固定Wifi路由设备为起点行进的路程长度达到设定阈值时，则在当前位置投放新的固定Wifi路由设备，重复执行以上监测和投放过程，使Wifi网络的覆盖范围随井下机器人的行进路程的增加而不断推进。4.如权利要求2所述的通信控制系统，其特征在于:或采用以下Wifi路由设备部署方法，井下机器人在行进过程中监测最近的固定Wifi路由设备信号强度，同时测量以最近的固定无线路由设备为起点的行进路程长度，当满足信号强度低于设定设定阈值或行进的路程长度达到设定阈值时，则在当前位置投放新的固定无线路由设备，重复执行以上监测和投放过程，使Wifi网络的覆盖范围随井下机器人的行进路程的增加而不断推进。5.如权利要求1所述的通信控制系统，其特征在于:井下机器人采用模块化结构，具有标准通信接口，用于携带各类与井下现场环境监测相关的传感器模块，所采集数据通过多跳无线网络传输至控制设备。6.如权利要求5所述的通信控制系统，其特征在于:井下机器人携带的传感器包括:温度、一氧化碳、二氧化碳、甲烷氧气传感器。7.如权利要求1所述的通信控制系统，其特征在于:机器人控制设备可部署于井上也可部署于井下，井下机器人可受机器人控制设备控制从井上出发移动至井下。8.如权利要求1所述的通信控制系统，其特征在于:井下机器人包括采用两轴或多轴旋翼飞行移动的机器人。
【专利摘要】本发明公开了一种基于Wifi的井下机器人通信控制系统，该系统应用于井下巡检和事故救援，特别适用于发生瓦斯爆炸和火灾等事故的矿井，井下机器人可到达存在有毒害气体而救援人员无法到达的区域；所述救援机器人无线通信控制系统在多跳Wifi网络技术的基础上，提出了新的临时Wifi网络的建设方法，可使井下机器人的无线通信距离随机器人的行进而不断增长，保证井下机器人与控制设备的通信。解决了在矿井内的原有无线通信系统无法使用的情况下，井下机器人与控制设备的无线通信距离有限的问题。
【IPC分类】E21F17/18, H04N7/18, H04W84/12
【公开号】CN105569735
【申请号】CN201610102781
【发明人】孙继平, 刘毅
【申请人】中国矿业大学(北京)
【公开日】2016年5月11日
【申请日】2016年2月25日