WIFI，即串口 -以太网-无线网模块HLK-RM04，此模块为串口通信模块，可以设置为无线网卡模式，只要设置它的IP地址和电脑的IP地址处于同一网段，两者就可以互相通信。无线路由器采用的是思科无线路由器，路由器可以给串口通信模块分配IP地址。由于遥操作机器人平台在户外的农田工作，工作距离较远，远端客户端距离机器人本体要1.5km。目前采用的思科无线路由器信号覆盖范围是无障碍物15米，只能用一层楼，穿墙是1-2堵墙，穿墙多信号会衰减。所以为了达到用户目标，必须使用无线网桥，增加无线信号的传输距离，无线网桥采用YF2300-G23型号的300M无线网桥。
[0049]遥操作机器人平台控制方式的设计，确立了机器人客户端的控制方式，除了个人PC的人机交互界面外，开发了基于USB接口的游戏手柄、方向盘和油门刹车控制信息采集，可以实现对机器人的控制。
[0050]远程客户端是一台个人电脑，作用是用于机器人本体和用户之间的交流，需要编写客户端应用程序来实现对机器人的远程控制；客户端主要完成对服务器端发送过来的数据的处理，实现人机交互。客户端的功能主要有:发送控制指令给机器人本地，显示机器人状态，展示机器人工作环境视频信息。
[0051]本实用新型的应用实现
[0052]遥操作机器人平台远程客户端到机器人本体的距离为1.5km，并且是通过网桥组建的局域网，通过测试得知网络时延对遥操作机器人平台的性能影响很小，在百毫秒之内，属于稳定型时延。因此，遥操作机器人平台可以选择直接控制方式的网络控制策略，这种控制方式简单有效，可直接对远程的机器人发送控制指令，视频信息可以实时传回到客户端，用户可以根据这些信息的反馈，直接控制机器人。如图4所示为直接控制方式的基本结构。
[0053]服务器端功能有两个:一是实时采集并处理视频信息，然后把采集到的视频信息通过网络传送给远程客户端；另一方面就是作为客户端和机器人的控制中转站，将客户端传送的控制指令转送给机器人本体。按照功能划分为四个模块:网络接口部分、运动控制部分、传感器部分和串口通信部分。
[0054]遥操作机器人平台远程监控的所有数据传输都是通过网络来完成的，因此用到的通信设备都具备网络接口。遥操作机器人平台进行数据传输的设备包括个人PC、无线路由器、网络摄像头、串口通信模块及网桥。
[0055]遥操作机器人平台视频监控系统若采用无线网络摄像头，通信距离为30米左右，市面上卖的所有无线网络摄像头的通信距离都在几十米范围之内，而机器人实际的工作距离为1.5km，显然仅仅采用无线网络摄像头直接与客户端电脑通信的方案则是不可取的。因此，在服务器端采用有线摄像头，通过与无线路由器连接，只要增加无线路由器的通信距离，就可以解决网络摄像头的通信距离。遥操作机器人平台采用的控制指令接收模块为串口转网口通信模块，也称为串口通信模块，目前采用的模块为工业级串口 WiFi无线模块RM04，室内最远100米；室外最远360米。因此串口通信模块也无法直接与与客户端电脑通信，采用的方案与网络摄像头是一样的，同样需要接在服务器端的无线路由器上，通过增加无线路由器的通信距离，就可以解决串口通信模块的通信距离。
[0056]遥操作机器人平台解决网络传输距离的关键是运用网桥。如图5为基于无线网桥的远距离通信示意图。由图5可知，在客户端和服务器端各采用一个网桥，这样可以确保客户端和服务器端的双向通信。在客户端，无线网桥通过网线与PC机连接，此时，网桥电源POE 口连接网桥LAN 口，电源LAN 口连接PC机，PC机可以放在室内，无线网桥要放在室外；在服务器端，由于遥操作机器人平台是不断运动的，转向也是不可避免的，所以服务器端的无线网桥必须采用全向天线，而客户端的无线网桥既可采用全向天线也可以采用定向天线，服务器端的无线网桥电源的POE 口连接网桥LAN 口，电源LAN 口连接路由器，路由器的LAN口再连接各个网络接口设备，比如串口通信模块和网络摄像头等。遥操作机器人平台采用的是YF2300-G23无线网桥，此网桥非常适合实际距离在1500米半径以内无阻挡，需要高宽带应用的环境。比如高清网络摄像头信号的接收主站，高速宽带网络的发射主站。在点对多点的情况下，近距离可以接收12路以上，每路高达5M宽带的高清视频信号。客户端网桥必须和服务器端网桥配合使用，将客户端网桥的IP设置为192.168.11.110，服务器端的网桥IP地址设置为192.168.11.111，两台网桥接通后它发挥的是一条网线的作用，网桥用无线的方式把两端连接好，实现了远程局域网的构建。
[0057]本实施例中遥操作机器人平台采用无线网桥进行桥接之后，可以解决网络的远程通信。采用YF2300-G23无线网桥带宽达到300Mbps，而单个网络摄像头所占的带宽为4Mbps，串口通信模块所占的带宽为230400bps，因此完全满足带宽的要求。
[0058]机器人的自主性是遥操作的基础，是遥操作可行性实施的安全保障。因此在研宄遥操作平台的同时，必须增加机器人的自主性，机器人的自主性离不开传感器信息的采集。遥操作机器人若要始终保证正常工作，控制端用户必须实时监控机器人本体的位置、速度和内部状态，同时，机器人工作环境的动态信息和静态信息也要被感知，这样才能保证机器人能随时适应环境的变化。如图6为机器人自主功能模块框图。
[0059]机器人的自主功能要求对外界环境做出感知，然后决策系统会根据感知结果做出正确的决策，把决策传递给控制系统后，控制系统进行信息处理，控制移动机构进行任务的执行，而控制系统也会对感知系统进行控制。移动机构和外界环境的变化都会被感知系统感知，形成一个闭环控制系统。
[0060]因为单一的传感器功能有限，它采集到的信息往往是片面的、局部的、不完善的甚至偶尔是不正确的，因此针对遥操作机器人平台的具体应用范围，结合传感器技术的不断发展，开发了多种传感器安装在机器人车体上。多传感融合技术要求控制芯片要有较强的处理信息的能力，以对各个传感器之间的工作进行合理的协调。
[0061]本实施例的遥操作机器人的工作环境选择葡萄园种植区，工作任务是对葡萄架进行喷雾，因此有必要实时监测机器人携带的喷雾器的液位，当喷雾器的液位低于某一水平时，需要对喷雾器进行加液。测量喷雾器液位的传感器选用的是压力传感器，型号为KE-260。由于遥操作机器人的工作环境比较复杂，因此有必要使机器人进行自动避障，遥操作机器人平台安装有超声、红外传感器，超声传感器采用的是超声波模块HC-SR04，红外传感器采用的是光电式传感器，型号是E18-D80NK。传感器通过与单片机通信，将传感器采集到的环境信息通过串口传送到串口通信模块HLK-RM04，串口通信模块通过无线网络将传感器系统采集到的数据通过网络发送给远程客户端，客户端电脑通过编写的监控软件将数据接收并实时显示，从而达到远程监控机器人的目的。
【主权项】
1.一种基于网络视觉反馈主从遥控喷雾机器人平台，其特征在于，包括: 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 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 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 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，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； 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。
2.如权利要求1所述的一种基于网络视觉反馈主从遥控喷雾机器人平台，其特征在于，所述远程PC机还分别控制人机界面、手柄及方向盘。
3.如权利要求1所述的一种基于网络视觉反馈主从遥控喷雾机器人平台，其特征在于，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。
4.如权利要求1所述的一种基于网络视觉反馈主从遥控喷雾机器人平台，其特征在于，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。
5.如权利要求1所述的一种基于网络视觉反馈主从遥控喷雾机器人平台，其特征在于，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。
6.如权利要求1所述的一种基于网络视觉反馈主从遥控喷雾机器人平台，其特征在于，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。
【专利摘要】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平台，包括：控制器模块；与控制器相连的驱动模块；及传感器模块，用于检测机器人的位置、速度、角速度、加速度和角加速度；及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；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。
【IPC分类】G05B19-418, A01M7-00
【公开号】CN204273017
【申请号】CN201420732202
【发明人】艾长胜, 武德林, 宁涛, 杨玉振
【申请人】济南大学, 山东众和农业装备技术有限公司
【公开日】2015年4月22日
【申请日】2014年11月27日