一种多平台远程机器人通用控制系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于自动控制和机器人领域，具体涉及一种可在手机、平板电脑等便携式 计算机上使用的多平台远程机器人通用控制系统。
【背景技术】
[0002] 机器人是一个集环境感知、动态决策与规划、行为控制与执行等多功能于一体的 综合机电系统，能自动或半自动执行任务。目前机器人远程控制通讯方式有蓝牙、无线网 络、无线电等。随着智能硬件尤其是手机、平板等便携嵌入式设备的发展，无线网络及无线 网络设备变得随处可见。能使用无线网络方式与机器人进行交互将成为智能机器人标准配 置。
[0003]目前机器人控制多采用专用控制器，需要开发专用的控制器硬件和控制器系统， 同时这些专用控制器仅能对相应的机器人进行控制；已有的基于移动平台的机器人控制软 件功能单一，通用性不强。
【发明内容】
[0004] 针对上述问题，本发明提出一种多平台远程机器人通用控制系统，可将任一具有 wlan功能的手机、平板笔记本电脑等作为机器人远程控制设备，并使之控制不同的机器人， 可用于远程控制轮式机器人、足式机器人等常见机器人。
[0005] -种多平台远程机器人通用控制系统，其特征在于：包括机器人本体系统与远程 控制系统。
[0006] 所述机器人本体系统包括用户管理模块、信息采集模块、地形构建模块、任务管理 模块与路径规划模块，同时内部搭建有流媒体服务器。
[0007] 用户管理模块包括多用户管理子模块与用户认证子模块；多用户管理子模块用来 存储用户身份信息以及各用户相应的权限；多用户管理子模块可通过远程控制系统对用户 进行管理
[0008] 信息采集模块为机器人本体所载传感器，用于获取机器人本体自身信息与环境信 息；信息采集模块中麦克风采集到的音频和摄像头采集到的视频信息通过流媒体服务器处 理成音频流与视频流。
[0009] 环境构建模块根据信息采集模块采集的环境信息，结合机器人本体位姿信息，构 建出环境地形；，即每次构建，均在在原有地图的基础上，根据新获取的机器人本体信息构 建出部分地图，拼接至原有地图或更新原有地图中环境发生改变的部分，并将该增量地图 发送至远程控制器，以更新远程控制器中的地图。
[0010] 任务管理模块用来接收远程控制系统发送的任务指令，结合用户权限，进行任务 分析，得到本次任务出发地点、目标地点，以及任务内容。
[0011] 路径规划模块由任务分析得到的出发地点和目标地点，根据环境构建模块构建的 环境地形进行路径规划，得到可通行路径，并反馈给任务管理模块，由任务管理模块根据路 径规划结果，驱动机器人本体的机械执行器完成任务。
[0012] 所述远程控制系统分为前端和后台；其中，前端用于实现人机交互；后台用于数 据流的处理和传输；前端包括安全认证模块、操控模块、音视频播放模块、信息显示模块与 三维仿真模块。
[0013] 安全认证模块用于获取用户输入的用户信息，经后台封装成数据包发送至机器人 本体系统中的用户认证子模块，经处理后，将登陆结果经后台反馈至安全认证模块。
[0014] 操控模块由多个控件组成，当相应的控件被激活时，控制器将与控件绑定的指令， 或控制者输入的指令封装成数据包之后发送至远程机器人；音视频播放模块通过后台接收 机器人本体系统中信息采集模块中麦克风采集的声音信息和摄像头采集的图像，经后台解 码后在音视频播放模块中进行显示。
[0015] 信息显示模块将后台接收的机器人传感信息部分或全部显示出来。
[0016] 三维仿真模块用于同步显示机器人模型和环境地形，可导入存储在远程控制系统 的主配置文件内的机器人模型，在机器人运行过程中，三维仿真模块根据由后台获得的机 器人本体自身信息，驱动三维模型与真实机器人同步运动；同时三维仿真模块根据由后台 获得的由机器人本体构建的增量式环境模型，绘制环境地形。
[0017] 本发明的优点在于：
[0018] (1)本发明多平台远程机器人通用控制系统，包含登录验证系统，提高了机器人系 统的安全性，避免机器人被恶意操作。
[0019] (2)本发明多平台远程机器人通用控制系统，设计了用户管理系统，能实现多控制 器操控一个机器人，也能实现一个控制器操控多个机器人；同时不同用户能给予不同权限， 方便管理。
[0020] (3)本发明多平台远程机器人通用控制系统，设计了可配置系统框架，采用配置文 件，在系统启动时动态配置UI，可以自定义控制系统通讯协议，使该控制系统具有很强的通 用性。对于不同种类的机器人，亦能使用同一个设备来控制。
[0021] (4)本发明多平台远程机器人通用控制系统具有跨平台特性。基于无线网络进行 通讯，与具体平台分离，可应用于ios、android、windows、Iinux等平台。本系统可将普通 手机、平板等作为机器人控制器。
【附图说明】
[0022] 图1为本发明多平台远程机器人通用控制系统整体结构框图；
[0023] 图2为本发明多平台远程机器人通用控制系统中机器人本体系统功能结构框图；
[0024] 图3为本发明多平台远程机器人通用控制系统中远程控制系统功能结构框图；
[0025] 图4为远程控制系统主配置文件结构；
[0026] 图5本发明多平台远程机器人通用控制系统控制过程数据流图。
【具体实施方式】
[0027] 本发明基于无线网络的多平台远程机器人通用控制系统，由机器人本体系统与远 程控制系统构成。机器人本体系统安装于机器人本体（robot)内，远程控制系统安装于远 程控制器（controller)中。机器人远程控制器用来实现人机交互，发送任务指令至机器人 本体系统；机器人本体系统用来采集环境信息与机器人自身信息，并进行环境辨识，完成地 形构建，还对远程控制器发送的指令进行分析，控制机器人本体完成作业。
[0028] 机器人本体系统与远程控制系统间，采用无线网络进行通讯，独立于本体系统 运行平台和远程控制器运行平台，因而使本发明远程机器人通用控制系统可应用于ios、 android、windows、Iinux等平台。机器人本体系统与远程控制系统相对独立，且由于对机 器人来说，十分重要的地形构建、路径规划均由机器人本体系统独立完成，通讯量小，因此 大大降低了远程控制过程对通讯实时性的要求，一般无线网络内的延时已能满足要求。本 发明中无线网络物理拓扑结构根据具体应用场景，可以采用星型结构或主从结构。
[0029] 星型结构中机器人本体（robot)与远程控制器（controller)均接入第三方设备 (AP，ACCesS Point)建立的无线控制网络中。该无线网络不受限于机器人本体和远程控制 器的功率，因此可以建立穿透性好、范围大、稳定性强的无线网络，机器人本体活动范围广。 在星型结构中，可以将多个机器人本体和多个远程控制器接入无线控制网络。远程控制器 通过遍历该局域网络中所有IP的形式搜索该网络范围内的机器人本体。每个远程控制器 可以与该范围内的任一机器人本体建立联系，取得机器人本体的控制权。每个机器人本体 可以受多个远程控制器的控制。单个远程控制器同一时间只能控制一个机器人本体，但是 可以迅速切换至对其他机器人本体的控制。
[0030] 主从结构中，由机器人本体建立无线控制网络，远程控制器接入该网络。该结构较 简单，无需第三方网络设备。但该网络受限于机器人本体功率，建立的无线网络半径小，穿 透性差，机器人本体只能在控制器周围有限范围内活动。该结构中也可以使用多个远程控 制器接入无线控制网络。
[0031] 下面具体对机器人本体系统及远程控制系统进行具体说明：
[0032] 如图1所示，所述机器人本体系统包括用户管理模块、信息采集模块、地形构建模 块、任务管理模块与路径规划模块，同时内部搭建有流媒体服务器。
[0033] 如图2所示，用户管理模块包括多用户管理子模块与用户认证子模块。多用户管 理子模块用来存储用户身份信息（包括用户名与密码）以及各用户相应的权限。多用户 管理子模块可通过远程控制系统登录web服务进行管理，如：增减用户、改变用户权限。低 权限用户仅能使用机器人的部分功能，如只拥有摄像头权限的用户仅能查看机器人的摄像 头，无法控制机器人本体运动。拥有较高权限用户可以开启排他模式，即在较高权限用户获 得机器人控制权后，机器人本体系统拒绝执行低于其权限的用户发出的指令。用户认证子 模块根据多用户管理子模块内存储的数据，对用户的的