巡逻机器人教学装置及其控制方法
【专利摘要】本发明涉及巡逻机器人教学装置及其控制方法。本发明解决现有技术存在有联动系统不完善的问题，其技术方案要点是：包括巡逻机器人、若干个执行机器人、远程控制器和电脑，巡逻机器人与电脑通信连接，若干个执行机器人也与电脑通信连接，远程控制器与电脑通信连接，巡逻机器人包括安装在巡逻机器人机躯体上的独立电源、巡逻信号接收装置、巡逻信号发射装置、巡逻机器人行走机构、巡逻检测传感器和巡逻机器人ARM主控器，执行机器人均包括安装在执行机器人机躯体上的单独电源、执行检测传感器、执行信号接收装置、执行信号发射装置、执行机器人行走机构和执行机器人执行配件、执行机器人近地控制单元。本发明降低了实验设备的成本和编码难度。
【专利说明】巡逻机器人教学装置及其控制方法
【技术领域】
[0001]本发明属于自动化教学设备，涉及一种巡逻机器人教学装置及其控制方法。
【背景技术】
[0002]随着智能机器人的应用领域的扩大，人们期望智能机器人在更多领域为人类服务，代替人类完成更复杂的工作。大量的工业机器人、军用机器人、服务机器人被开发应用。但是目前的机器人多为单一功能、独立操作，缺少可以协作完成任务的组合群体。并且多数机器人仍处在简单的执行阶段，信息反馈机制不完善，智能化程度有待提高。人机交互环节也仍处于比较薄弱，缺少可供使用者简单使用的人机界面。针对于这三类问题，需要提出并设计适用领域是校园、居民住宿区、工业厂房等需要人长期定时巡护的地方，可解放一部分劳动力的机器人。而这些也是目前大学院校对培养学生的方向，因此开发一种巡逻机器人教学装置及其控制方法势在必行。
[0003]本 申请人:曾申请过:一种机器人教学实验台，由电源供电，包括测试平台和机器人，所述的机器人包括基础控制系统、选用件、安装有驱动轮的主安装板、辅助安装板和伸缩杆，所述的基础控制系统固定在主安装板上，所述的主安装板与辅助安装板之间通过伸缩杆连接，所述的辅助安装板上设置有若干个用于匹配选用件的安装孔，所述的基础控制系统包括处理器、数字模拟复用输入接口、电机驱动电路、驱动电机、存储器、舵机驱动电路、舵机和接口电路、所述的处理器通过电机驱动电路与驱动电机电连接，所述的处理器通过舵机驱动电路与舵机电连接，所述的数字模拟复用输入接口、存储器和接口电路均与所述的处理器电连接，所述的接口电路与所述的选用件电连接，所述的驱动轮由驱动电机的输出轴驱动，所述驱动轮的方向由舵机控制；所述的测试平台包括平台处理器、平台输入键盘、计时芯片、发生装置选件和发生装置接口，所述的平台输入键盘、计时芯片和发生装置接口均与所述的平台处理器电连接，所述的发生装置选件与所述的发生装置接口电连接。此技术方案非常受到学生的欢迎，但是他还是存在有联动系统不完善，只能单独控制，缺少联动的问题，不适合多机器人联动的实验。
【发明内容】
[0004]本发明解决了现有技术存在联动系统不完善，只能单独控制，缺少联动的问题，提供一种联动性好，适合进行协作完成任务的组合群体实验的巡逻机器人教学装置及其控制方法。
[0005]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:一种巡逻机器人教学装置，包括巡逻机器人、若干个执行机器人、远程控制器和电脑，所述的巡逻机器人与所述的电脑通信连接，所述的若干个执行机器人也与所述的电脑通信连接，所述的远程控制器与所述的电脑通信连接，所述的巡逻机器人包括安装在巡逻机器人机躯体上的独立电源、巡逻信号接收装置、巡逻信号发射装置、巡逻机器人行走机构、巡逻检测传感器和巡逻机器人ARM主控器，巡逻机器人由独立电源供电，所述的巡逻机器人ARM主控器分别与巡逻信号接收装置、巡逻信号发射装置、巡逻机器人行走机构和巡逻检测传感器电连接，所述的执行机器人均包括安装在执行机器人机躯体上的单独电源、执行检测传感器、执行信号接收装置、执行信号发射装置、执行机器人行走机构和执行机器人执行配件、执行机器人近地控制单元，所述的执行机器人由单独电源供电，所述的执行检测传感器、执行信号接收装置、执行信号发射装置、执行机器人行走机构和执行机器人执行配件均与所述的执行机器人近地控制单元电连接。系统通过简单的结构和连接方式，主要由嵌入式操作系统为核心，采用ARM硬件控制。其基本硬件构架由多机器人组成，分为巡逻机器人、执行机器人两类类机器人系统协作。由巡逻机器人指挥多个机器人协同工作，并及时汇报完成状况。巡逻机器人相当于人类秘书的智能，主要侧重于监控与指挥安排，然后相应的执行机器人去完成相应的工作。这样的机器人系统可以解决机器人只能根据一类环境或应用进行制作而产生很大的束缚，他可以工作在多种环境下。该系统通过对巡逻机器人的设计使得其环境的适应性大大加强，使得机器人间的协作变得可能。该系统的软件部分代码可以使用c/c++编译方式，底层代码进行封装，基本执行指令封装，设计程序拓展端口，学生或使用者可以按照自己的需求选择添加组合，适用于学生在电脑客户端进行操作。手机客户端与电脑同步，可以发送既定的指令，并同时及时收取信息反馈。使用反馈的信息更加明确，学生更容易接受和学习。
[0006]作为优选，所述执行机器人的躯体均为开口向上的箱体，所述箱体前侧为活动铰接板，所述执行机器人执行配件包括配设在箱体底板上的轨道、以及旋转架、升降架、固定臂、水平电机、旋转电机和升降电机，所述升降架的底部与水平电机固定连接，水平电机输出轴上连接有轨道轮，所述的轨道轮与所述的轨道匹配，所述的升降架包括架体和支撑台，所述架体内设置有升降电机，所述升降电机输出轴通过丝杠与支撑台连接，支撑台的上表面与旋转电机固定，所述旋转电机的输出轴与所述的固定臂的一端固定连接，所述固定臂的另一端为自由端，所述自由端上设置有开口向下的半球形外罩，所述半球形外罩上设置有连接件或卡接件，所述水平电机、旋转电机和升降电机的驱动电路均与所述的近地控制单元电连接，所述水平电机、旋转电机和升降电机的输出轴上均设置有光电编码盘，所述光电编码盘的输出端均与近地控制单元电连接。这样设置，增加了各种光电编码盘进行反馈，而且这样设置，执行机器人可以适应各种操作命令，可以达到各种任务的操作和完成，可以匹配多种实验设备，降低了实验设备的成本和编码难度，可以简单的进行操作。
[0007]作为优选，所述执行机器人的执行检测传感器为数字摄像头和距离传感器，执行信号接收装置为射频信号接收模块，执行信号发射装置为射频信号发射模块，执行机器人行走机构包括固定在执行机器人机躯体下方的驱动轮、安装在执行机器人机躯体下表面的行走驱动电机，所述行走驱动电机通过传动机构与驱动轮传动连接，执行机器人近地控制单元为单片机，所述数字摄像头安装在所述半球形外罩上或箱体的下表面。
[0008]作为优选，所述的执行机器人包括环卫机器人、灭火机器人和搬运机器人，所述环卫机器人的执行配件还包括扫帚和旋转夹接件，所述半球形外罩套设在旋转夹接件的外侦U，所述旋转夹接件内设置有微旋转电机，所述微旋转电机的输出轴通过联动件与所述的扫帚卡接，所述微旋转电机的输出轴上也设置有与近地控制单元电连接的光电编码盘，所述微旋转电机的驱动电路也与所述近地控制单元电连接；所述搬运机器人的执行配件还包括货叉和连接杆，所述货叉中部的上表面与连接杆的下端固定连接，所述连接杆的上端与所述半球形外罩螺接；所述灭火机器人的执行机器人执行配件为按压装置和宫灯式灭火器，所述半球形外罩套设在宫灯式灭火器的外侧，所述按压装置固定在所述活动铰接板的前端。
[0009]作为优选，所述巡逻机器人ARM主控器通过巡逻机器人切换电路电连接有若干个程序存储器，所述执行机器人近地控制单元通过执行机器人切换电路也电连接有若干个程序存储器。这样设置，可以较为灵活的安排教师编写好的程序和学生的程序，起到快速切换的作用，也降低了程序存储器的烧录次数。
[0010]作为优选，安装在巡逻机器人上的程序存储器包括一个安装有正确程序的巡逻演示用程序存储器和若干个用于调试的巡逻学生程序存储器，巡逻演示用程序存储器和巡逻学生程序存储器均通过切换电路与巡逻机器人ARM主控器电连接，安装在执行机器人上的程序存储器包括一个安装有正确程序的执行演示用程序存储器和若干个用于调试的执行学生程序存储器，执行演示用程序存储器和执行学生程序存储器均通过切换电路与执行机器人近地控制单元电连接。
[0011]一种巡逻机器人教学装置控制方法，适用于如权利要求4所述的巡逻机器人教学装置，其特征在于:
[0012]步骤一:设备初始化，等待人为设定或改变需要完成的工作概况；
[0013]步骤二:巡逻机器人接收任务并实地进行巡逻，如果巡逻完成后没有发现任务或任务已经完成则跳转步骤一，如果巡逻过程中发现状况则执行步骤三；
[0014]步骤三:巡逻机器人根据当前情况向对应的执行机器人发送指令，执行机器人接收到指令，并判断执行机器人是否完成相应工作，如果相应工作则继续执行步骤二否则继续执行步骤四；
[0015]步骤四:执行机器人接收信号并到相应位置开始执行相应工作，并将现场状况进行反馈，将当前情况反馈至巡逻机器人。
[0016]作为优选，所述的步骤一中，使用者在远程控制器上人为设定或改变需要完成的工作概况然后传输至电脑，由电脑进行传输和分配。
[0017]本发明的实质性效果是:联动性好，适合进行协作完成任务的组合群体实验，增加了各种光电编码盘进行反馈，而且这样设置，执行机器人可以适应各种操作命令，可以达到各种任务的操作和完成，可以匹配多种实验设备，降低了实验设备的成本和编码难度，可以简单的进行操作。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]图1是本发明的一种系统结构示意图；
[0019]图2是本发明中巡逻机器人的一种电路框图；
[0020]图3是本发明中执行机器人的一种电路框图；
[0021]图4是本发明中执行机器人的结构示意图。
[0022]图中:1、电脑，2、远程控制器，3、巡逻机器人，4、执行机器人，5、切换电路，31、巡逻机器人ARM主控器，32、巡逻检测传感器，33、巡逻演示用程序存储器，34、巡逻学生程序存储器，35、巡逻信号接收装置，36、巡逻信号发射装置，37、行走机构驱动器，38、巡逻机器人行走机构，41、执行机器人近地控制单元，42、执行检测传感器，43、执行演示用程序存储器，44、执行学生程序存储器，45、执行信号接收装置，46、执行信号发射装置，48、执行机器人行走机构，49、执行机器人执行配件，51、箱体，52、活动铰接板，53、固定臂，54、半球形外罩。【具体实施方式】
[0023]下面通过具体实施例，对本发明的技术方案作进一步的具体说明。
[0024]实施例:
[0025]一种巡逻机器人教学装置，包括巡逻机器人3、若干个执行机器人4、远程控制器2和电脑I，所述的巡逻机器人与所述的电脑通信连接，所述的若干个执行机器人也与所述的电脑通信连接，所述的远程控制器与所述的电脑通信连接，所述的巡逻机器人包括安装在巡逻机器人机躯体上的独立电源、巡逻信号接收装置35、巡逻信号发射装置36、巡逻机器人行走机构38、巡逻检测传感器32和巡逻机器人ARM主控器31，巡逻机器人由独立电源供电，所述的巡逻机器人ARM主控器分别与巡逻信号接收装置、巡逻信号发射装置和巡逻检测传感器电连接，巡逻机器人行走机构通过对应的行走机构驱动器37与巡逻机器人ARM主控器电连接，所述的执行机器人均包括安装在执行机器人机躯体上的单独电源、执行检测传感器42、执行信号接收装置45、执行信号发射装置46、执行机器人行走机构48和执行机器人执行配件49、执行机器人近地控制单元41，所述的执行机器人由单独电源供电，所述的执行检测传感器、执行信号接收装置、执行信号发射装置和执行机器人执行配件均与所述的执行机器人近地控制单元电连接。执行机器人行走机构通过对应的行走机构驱动器与执行机器人近地控制单元电连接。本实施例中的行走机构驱动器为相同芯片的驱动器。所述执行机器人的躯体均为开口向上的箱体51，所述箱体前侧为活动铰接板52，所述执行机器人执行配件包括配设在箱体底板上的轨道、以及旋转架、升降架、固定臂53、水平电机、旋转电机和升降电机，所述升降架的底部与水平电机固定连接，水平电机输出轴上连接有轨道轮，所述的轨道轮与所述的轨道匹配，所述的升降架包括架体和支撑台，所述架体内设置有升降电机，所述升降电机输出轴通过丝杠与支撑台连接，支撑台的上表面与旋转电机固定，所述旋转电机的输出轴与所述的固定臂的一端固定连接，所述固定臂的另一端为自由端，所述自由端上设置有开口向下的半球形外罩54，所述半球形外罩上设置有连接件或卡接件，所述水平电机、旋转电机和升降电机的驱动电路均与所述的近地控制单元电连接，所述水平电机、旋转电机和升降电机的输出轴上均设置有光电编码盘,所述光电编码盘的输出端均与近地控制单元电连接。所述执行机器人的执行检测传感器为数字摄像头和距离传感器，执行信号接收装置为射频信号接收模块，执行信号发射装置为射频信号发射模块，执行机器人行走机构包括固定在执行机器人机躯体下方的驱动轮、安装在执行机器人机躯体下表面的行走驱动电机，所述行走驱动电机通过传动机构与驱动轮传动连接，执行机器人近地控制单元为单片机，所述数字摄像头安装在所述半球形外罩上或箱体的下表面。所述的执行机器人包括环卫机器人、灭火机器人和搬运机器人，所述环卫机器人的执行配件还包括扫帚和旋转夹接件，所述半球形外罩套设在旋转夹接件的外侧，所述旋转夹接件内设置有微旋转电机，所述微旋转电机的输出轴通过联动件与所述的扫帚卡接，所述微旋转电机的输出轴上也设置有与近地控制单元电连接的光电编码盘，所述微旋转电机的驱动电路也与所述近地控制单元电连接；所述搬运机器人的执行配件还包括货叉和连接杆，所述货叉中部的上表面与连接杆的下端固定连接，所述连接杆的上端与所述半球形外罩螺接；所述灭火机器人的执行机器人执行配件为按压装置和宫灯式灭火器，所述半球形外罩套设在宫灯式灭火器的外侧，所述按压装置固定在所述活动铰接板的前端。所述巡逻机器人ARM主控器通过巡逻机器人切换电路5电连接有若干个程序存储器，所述执行机器人近地控制单元通过执行机器人切换电路也电连接有若干个程序存储器。安装在巡逻机器人上的程序存储器包括一个安装有正确程序的巡逻演示用程序存储器33和若干个用于调试的巡逻学生程序存储器34，巡逻演示用程序存储器和巡逻学生程序存储器均通过切换电路与巡逻机器人ARM主控器电连接，安装在执行机器人上的程序存储器包括一个安装有正确程序的执行演示用程序存储器43和若干个用于调试的执行学生程序存储器44，执行演示用程序存储器和执行学生程序存储器均通过切换电路与执行机器人近地控制单元电连接。可以较为灵活的安排教师编写好的程序和学生的程序，起到快速切换的作用，也降低了程序存储器的烧录次数。而且所有的程序都可以由学生自由定制，不仅仅是让学生设置几个简单的参数，加大了学生的自由度，鼓励学生尽可能的思考和创新。同学们可以自由选择相应功能的执行机器人进行程序的编写，有利于学生之间的分工合作，提高了教学用具的使用率，降低了教学成本。强化了学生之间的团队意识。
[0026]一种巡逻机器人教学装置控制方法，本实施例中的的巡逻机器人教学装置，
[0027]步骤一:设备初始化，等待人为设定或改变需要完成的工作概况；
[0028]步骤二:巡逻机器人接收任务并实地进行巡逻，如果巡逻完成后没有发现任务或任务已经完成则跳转步骤一，如果巡逻过程中发现状况则执行步骤三；
[0029]步骤三:巡逻机器人根据当前情况向对应的执行机器人发送指令，执行机器人接收到指令，并判断执行机器人是否完成相应工作，如果相应工作则继续执行步骤二否则继续执行步骤四；
[0030]步骤四:执行机器人接收信号并到相应位置开始执行相应工作，并将现场状况进行反馈，将当前情况反馈至巡逻机器人。
[0031]所述的步骤一中，使用者在远程控制器上人为设定或改变需要完成的工作概况然后传输至电脑，由电脑进行传输和分配。
[0032]这样的机器人系统可以解决机器人只能根据一类环境或应用进行制作而产生很大的束缚，他可以工作在多种环境下。该系统通过对巡逻机器人的设计使得其环境的适应性大大加强，使得机器人间的协作变得可能。该系统的软件部分代码可以使用c/c++编译方式，底层代码进行封装，基本执行指令封装，设计程序拓展端口，学生或使用者可以按照自己的需求选择添加组合，适用于学生在电脑客户端进行操作。手机客户端与电脑同步，可以发送既定的指令，并同时及时收取信息反馈。使用反馈的信息更加明确，学生更容易接受和学习。
[0033]以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。
【权利要求】
1.一种巡逻机器人教学装置，其特征在于:包括巡逻机器人、若干个执行机器人、远程控制器和电脑，所述的巡逻机器人与所述的电脑通信连接，所述的若干个执行机器人也与所述的电脑通信连接，所述的远程控制器与所述的电脑通信连接，所述的巡逻机器人包括安装在巡逻机器人机躯体上的独立电源、巡逻信号接收装置、巡逻信号发射装置、巡逻机器人行走机构、巡逻检测传感器和巡逻机器人ARM主控器，巡逻机器人由独立电源供电，所述的巡逻机器人ARM主控器分别与巡逻信号接收装置、巡逻信号发射装置、巡逻机器人行走机构和巡逻检测传感器电连接，所述的执行机器人均包括安装在执行机器人机躯体上的单独电源、执行检测传感器、执行信号接收装置、执行信号发射装置、执行机器人行走机构和执行机器人执行配件、执行机器人近地控制单元，所述的执行机器人由单独电源供电，所述的执行检测传感器、执行信号接收装置、执行信号发射装置、执行机器人行走机构和执行机器人执行配件均与所述的执行机器人近地控制单元电连接。
2.根据权利要求1所述的巡逻机器人教学装置，其特征在于:所述执行机器人的躯体均为开口向上的箱体，所述箱体前侧为活动铰接板，所述执行机器人执行配件包括配设在箱体底板上的轨道、以及旋转架、升降架、固定臂、水平电机、旋转电机和升降电机，所述升降架的底部与水平电机固定连接，水平电机输出轴上连接有轨道轮，所述的轨道轮与所述的轨道匹配，所述的升降架包括架体和支撑台，所述架体内设置有升降电机，所述升降电机输出轴通过丝杠与支撑台连接，支撑台的上表面与旋转电机固定，所述旋转电机的输出轴与所述的固定臂的一端固定连接，所述固定臂的另一端为自由端，所述自由端上设置有开口向下的半球形外罩，所述半球形外罩上设置有连接件或卡接件，所述水平电机、旋转电机和升降电机的驱动电路均与所述的近地控制单元电连接，所述水平电机、旋转电机和升降电机的输出轴上均设置有光电编码盘，所述光电编码盘的输出端均与近地控制单元电连接。
3.根据权利要求2所述的巡逻机器人教学装置，其特征在于:所述执行机器人的执行检测传感器为数字摄像头和距离传感器，执行信号接收装置为射频信号接收模块，执行信号发射装置为射频信号发射模块，执行机器人行走机构包括固定在执行机器人机躯体下方的驱动轮、安装在执行机器人机躯体下表面的行走驱动电机，所述行走驱动电机通过传动机构与驱动轮传动连接，执行机器人近地控制单元为单片机，所述数字摄像头安装在所述半球形外罩上或箱体的下表面。
4.根据权利要求3所述的巡逻机器人教学装置，其特征在于:所述的执行机器人包括环卫机器人、灭火机器人和搬运机器人，所述环卫机器人的执行配件还包括扫帚和旋转夹接件，所述半球形外罩套设在旋转夹接件的外侧，所述旋转夹接件内设置有微旋转电机，所述微旋转电机的输出轴通过联动件与所述的扫帚卡接，所述微旋转电机的输出轴上也设置有与近地控制单元电连接的光电编码盘，所述微旋转电机的驱动电路也与所述近地控制单元电连接；所述搬运机器人的执行配件还包括货叉和连接杆，所述货叉中部的上表面与连接杆的下端固定连接，所述连接杆的上端与所述半球形外罩螺接；所述灭火机器人的执行机器人执行配件为按压装置和宫灯式灭火器，所述半球形外罩套设在宫灯式灭火器的外侧，所述按压装置固定在所述活动铰接板的前端。
5.根据权利要求4所述的巡逻机器人教学装置，其特征在于:所述巡逻机器人ARM主控器通过巡逻机器人切换电路电连接有若干个程序存储器，所述执行机器人近地控制单元通过执行机器人切换电路也电连接有若干个程序存储器。
6.根据权利要求5所述的巡逻机器人教学装置，其特征在于:安装在巡逻机器人上的程序存储器包括一个安装有正确程序的巡逻演示用程序存储器和若干个用于调试的巡逻学生程序存储器，巡逻演示用程序存储器和巡逻学生程序存储器均通过切换电路与巡逻机器人ARM主控器电连接，安装在执行机器人上的程序存储器包括一个安装有正确程序的执行演示用程序存储器和若干个用于调试的执行学生程序存储器，执行演示用程序存储器和执行学生程序存储器均通过切换电路与执行机器人近地控制单元电连接。
7.—种巡逻机器人教学装置控制方法，适用于如权利要求4所述的巡逻机器人教学装置，其特征在于: 步骤一:设备初始化，等待人为设定或改变需要完成的工作概况； 步骤二:巡逻机器人接收任务并实地进行巡逻，如果巡逻完成后没有发现任务或任务已经完成则跳转步骤一，如果巡逻过程中发现状况则执行步骤三；步骤三:巡逻机器人根据当前情况向对应的执行机器人发送指令，执行机器人接收到指令，并判断执行机器人是否完成相应工作，如果相应工作则继续执行步骤二否则继续执行步骤四； 步骤四:执行机器人接收信号并到相应位置开始执行相应工作，并将现场状况进行反馈，将当前情况反馈至巡逻机器人。
8.根据权利要求7所述的巡逻机器人教学装置，其特征在于:所述的步骤一中，使用者在远程控制器上人为设定或改变需要完成的工作概况然后传输至电脑，由电脑进行传输和分配。
【文档编号】G09B25/02GK103971578SQ201410099951
【公开日】2014年8月6日 申请日期:2014年3月18日 优先权日:2014年3月18日
【发明者】崔晓蕾, 倪洪杰, 方圆, 陈毅, 卢亦周, 石凯贤 申请人:浙江工业大学