基于网络视觉反馈主从遥控喷雾机器人平台的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及机器人领域，尤其涉及一种基于网络视觉反馈主从遥控喷雾机器人平台。
技术背景
[0002]遥操作机器人可以进行远距离操作作业，广泛应用在人类不能到达的危险和特殊场所。随着机器人智能控制技术及反馈控制技术的不断发展，机器人将越来越多地代替人进行工作。
[0003]与此同时，随着网通通信技术的飞速发展，远程机器人控制逐渐得到实现，机器人可以通过网络进行数据传输和远程信息反馈。遥操作系统的快速发展，可以使得用户在不同的远端通过网络完成现场复杂危险的任务。
[0004]目前农民普遍采用单一机型防治各种作物的病虫害、“打遍百药”，往往会造成施药不均匀、农药用量大、农产品农残超标、操作者中毒等情况。
[0005]地形复杂、作业空间狭小的状况下，大型机械很难发挥作用，小型传统机械喷洒效果差、劳动强度大、作业环境恶劣，对操作者人身健康危害大。
【实用新型内容】
[0006]为解决上述问题，本实用新型提供了一种基于网络视觉反馈主从遥控喷雾机器人
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[0007]本实用新型采用如下技术方案:
[0008]一种基于网络视觉反馈主从遥控喷雾机器人平台，包括:
[0009]控制器模块；与控制器相连的驱动模块，用于驱动机器人电机；及
[0010]传感器模块，用于检测机器人的位置、速度、角速度、加速度和角加速度，并将检测到的信号传输至控制器模块；及
[0011]与控制器模块相连的串口通信模块，用于实现控制器模块与Internet之间的通信；与控制器模块相连的喷雾系统；及
[0012]与Internet互相通信的远程PC机；视觉模块，用于采集机器人的四周环境信息，并通过Internet传送至远程PC机；及供电模块；
[0013]其中，所述视觉模块及其与Internet之间的接口、串口通信模块、传感器模块和驱动模块组成遥控机器人的服务器端；所述远程PC机及其操作者组成客户端，用于对机器人的控制。
[0014]所述远程PC机还分别控制人机界面、手柄及方向盘。
[0015]所述传感器模块，包括:
[0016]测量加速度信号的加速度计；
[0017]所述传感器模块，包括测量加速度信号的加速度计；超声波传感器和红外测距传感器，用来获得机器人与障碍物间的绝对距离信息。
[0018]所述传感器模块，还包括压力传感器和液位传感器，用于获得机器人负载的重量信息，并将信息传输至控制器模块。
[0019]所述供电模块采用串联式混合动力分配系统，所述串联式混合动力分配系统采用两种方式为机器人平台的电机供电，一种是选择电池组；另一种是利用燃油和发动机而产生电能的发电机。
[0020]所述串口通信模块采用嵌入式串口 -以太网-无线网模块HLK-RM04。
[0021]所述客户端和服务器端各采用一个网桥，用于客户端和服务器端之间双向通信。
[0022]本实用新型的有益效果为:
[0023](I)机器人带有传感器系统，采取多传感器融合技术，包括液自动避障、压力传感器和液位传感器等，使得机器人避开障碍物和获得机器人负载的重量信息；
[0024](2)供电模块采用串联式混合动力分配系统，所述串联式混合动力分配系统采用两种方式为机器人平台的电机供电，一种是选择电池组；另一种是利用燃油和发动机而产生电能的发电机，为机器人在遇到特殊情况下提供能量；
[0025](3)客户端和服务器端各采用一个网桥，实现客户端和服务器端之间双向通信。
【附图说明】
[0026]图1为本实用新型的整体结构框图；
[0027]图2为本实用新型的供电模块中的串联混合动力分配系统；
[0028]图3为本实用新型的网络结构框图；
[0029]图4为本实用新型的直接控制结构框图；
[0030]图5为本实用新型的基于无线网桥的远距离通信示意图；
[0031]图6为本实用新型的自主功能模块框图。
【具体实施方式】
[0032]基于网络控制的遥操作机器人平台由上位机控制系统和远程被控端机器人组成，两者通信通过无线网络进行。遥操作机器人采用四轮结构，装载单片机、传感器、无线网桥及路由、串口通信模块以及网络摄像头，控制端包括PC、游戏手柄、方向盘等设备。通过搭建可靠的网桥，可以现实各个网络设备之间的网络通信。采用TCP/IP协议，网络结构为C/S结构，编程技术主要是Socket编程技术，实现控制端与被控端的网络通信。现场环境的采集利用的是网络摄像头，视频可以被实时反馈。
[0033]系统采用遥操作与自主操作相结合的方式，机器人带有传感器系统，采取多传感器融合技术，包括液位传感器及自动避障的传感器，这些传感器采集到的数据可以到达单片机，进而通过网络串口模块发回到远程客户端。遥操作机器人平台带有网络摄像头，可以辅助机器人进行运动及喷雾动作，摄像头采集到的视频数据可以传回到远程客户端，用户根据采集到的现场环境信息，给机器人发送控制指令。如图1所示，遥操作机器人平台总体构成方案。
[0034]1、机器人驱动及串联混合动力分配系统
[0035]机器人采用四轮电动独立驱动，电动驱动易于电控行走、转向遥操作，发动机一方面为喷雾机提供动力，另一方面拖动发电机为行走电动机供电。
[0036]平台的动力分配系统为串联式混合动力分配系统，针对机器人进行实际的控制，采用基于单片机系统开发出整车控制系统，搭建必要的外围采集驱动电路，实现硬件的设计。另外，采用模块化的方法编写整车控制系统的控制软件，将各个功能模块编写成单独的函数，用于主程序的功能调用，同时也方便程序的功能优化和移植。
[0037]2、传感器模块
[0038]本实用新型的基于网络视觉反馈主从遥控喷雾机器人平台中，超声波传感器采用HC-SR04超声波检测模块，红外传感器采用E18-D80NK传感器，进行导航避障，增加机器人的自主性；配有检测车载喷雾机液位的传感器，采用的是压力传感器KE-260。还配置了电量检测、速度检测模块。
[0039]3、控制器模块
[0040]控制器模块可采用个人PC、ARM甚至是单片机最小系统，本实施例中采用STC12C5608AD单片机。单片机控制遥机器人的前进、后退、左转、右转等运动，并且可以对小车进行调速，喷雾系统也是通过单片机进行控制的，所有的控制指令都是由远程客户端经过网络，最终到达单片机控制系统。
[0041]4、视觉模块
[0042]视觉模块采用200万网络高清摄像头，内置海思芯片，百万高清画质1920xl080P，图像传感器，码流控制准确，技术支持到位。摄像头支持P2P功能，轻松穿透各种网络:电信、铁通、长城、小区宽带；免设置，手机或电脑直接访问即可，只要路由器开启UPNP，无需其他设置，拥有标准的ONVIF协议，兼容其他品牌的IPC和NVR，具有强大的CMS远程监控管理软件。
[0043]5、遥操作机器人平台网络结构
[0044]系统采用C/S结构的远程控制体系结构。应用程序与网络驱动程序通过Socket建立连接，通过在应用程序中创建Socket，绑定其操作与驱动程序建立关系。数据通过应用程序送给Socket，通过Socket交给驱动程序，最后通过驱动程序把数据向网络上发送出去。由于客户端用到的计算机带有无线网卡，可以接收网络数据，接收到的数据是与该Socket绑定的IP地址和端口号相关的数据。
[0045]遥操作机器人本地作为服务器端主要完成两方面的任务，一方面，它需要接收远程客户端的控制指令完成与远程用户的交互，控制机器人执行用户的命令；另一方面，它需要与机器人的运动系统和传感器系统进行通信，将遥操作机器人的运动状态和传感器采集到的环境信息反馈给远程客户端。
[0046]由图3可知，网络摄像头等网络接口部分、运动控制部分、喷雾控制部分、传感器部分和串口通信部分共同组成了遥操作机器人的服务器端。机器人的控制过程主要完成的任务是把来自远程客户端用户的控制指令进行接收，然后将接收到的数据通过RS232串口传送给机器人的控制设备也就是机载单片机，单片机对这些数据进行解析处理，从而完成指定的任务，比如说完成运动及喷雾任务。机器人传感器系统采集到的数据可以经过单片机处理并通过串口发送到网络收发模块，进而通过网络发送出去，通过Socket编程技术，可以在客户端对数据进行接收并显示。例如当往外传感器发送红外线检测到障碍物时，单片机电平会发生变化，单片机可以控制机器人发生运动状态的变化，并将这种变化返回到远程客户端的上位机，通过上位机人机界面进行显示，用户就可以了解到机器人的状态。视频采集采用的是网络摄像头，图片数据的压缩及解压过程都通过摄像头集成的系统完成，方便了用户的使用。
[0047]客户端由人机交互软件完成功能，具体由车体测试接口、车体实控接口、喷雾控制接口、视频显示接口和传感器显示接口等几部分组成。人机交互主要是实现用户和个人PC的交互，可以发送遥操作机器人的控制指令，比如说运动控制指令和喷雾控制指令，对来自机器人本体的传感器信息和运动状态信息进行实时显示。视频显示主要就是接收来自网络摄像头的实时视频，网络摄像头采集到的视频都在一个固定的浏览器界面，所以只要在监控软件上编写一个浏览器，通过访问网络摄像头的浏览器地址，就可以把现场的环境信息通过视频实时显示在用户的人机交互界面上。车体测试和实控接口主要提供多种机器人的控制方式，通过开发专用的硬件设备接口，可以实现手柄及方向盘对机器人的控制。
[0048]建立一个良好的网络通信系统，最重要的是选择合适的网络通信协议。目前网络通信方式可以概括两种:面向连接方式，TCP和面向无连接方式，UDPo本实施例采用嵌入式UART-ETH-