一种新型球形两栖机器人的多机协调控制系统及控制方法
【专利摘要】一种新型球形两栖机器人的多机协调控制系统，其特征在于它包括主端控制单元、从端控制单元和无线数据通讯单元；本发明采用低信噪比下基于ZigBee通信协议通信优良的特点，降低球形两栖机器人在执行探测任务的失误率，采用点对多点的传输方式，解决以往球型两栖机器人控制结构单一问题，该通信系统采用主从分级结构配置球形两栖机器人层次，提高球形两栖多机器人作业规划的效率。
【专利说明】
一种新型球形两栖机器人的多机协调控制系统及控制方法
(一)技术领域:
[0001]本发明属于多机器人无线控制领域，尤其是一种新型球形两栖机器人的多机协调控制系统及控制方法。
(二)【背景技术】:
[0002]现阶段，多机器人研究已经成为机器人研究学科中一项重要并且具有良好发展前景的研究方向。针对多机器人系统的无线控制方法，多机器人协调控制等领域展开研究也同样是一项具有重要理论和现实意义的研究工作。球形两栖机器人因其能实现水中和陆地的两种环境运动，使得该类型机器人具有广泛的应用前景，包括在生活、工业、军事等领域。虽然现在已研制机器人还处在初级阶段，执行任务的能力有限，但它处于迅速发展的态势，并开始对整个工业生产、太空和海洋探索以及人类生活的各方面产生巨大的积极影响，同时也对维护国家权益做出贡献。
[0003]目前国内外有许多国家致力于研究多机器人的控制方法，国外相关的研究开展较早，发达国家在对机器人的控制方面已经走在了世界的前列，相关研究的成果较多。我国在国家自然科学基金委、国防科工委和863高技术研究发展计划等的大力资助下，哈尔滨工程大学、电子科技大学、北京邮电大学、北京理工大学、南京航空航天大学等也都对球型机器人以及两栖机器人控制领域开展了研究并取得了一些进展，但与国外相比仍有较大差距。
[0004]现有的水下自主潜器、机器人和球形两栖多机器人的控制方案存在以下问题:
[0005](I)现有的水下自主航行器、机器人等多采用有缆控制，制约了机器人的机动性
[0006]现阶段研制的机器人直径相对较大，不能够适应狭窄和复杂的环境作业，并且采用螺旋桨驱动，噪声较大，对电能的消耗相对较高，同时需要对机器人进行控制，机器人有缆通信虽然能解决部分问题，但是机器人的机动性受到严格限制，并且两栖机器人通过有缆控制在军事领域应用条件下极其容易暴露目标。
[0007](2)现有的水下机器人、水下潜器以及两栖机器人大多采用一对一控制方式，控制方式单一，缺乏多机器人协调运动的能力
[0008]多机器人控制方法的研究已成为机器人学研究中的一个重要方向，充满了新颖性，同时具备良好的前瞻性，是一种非常重要并且具备前景的研究方向。针对多机器人控制系统的体系结构，多机器人协调理论等开展研究，这是一项具有重要理论和现实意义的研究工作。
[0009]虽然国内外研究团队在球形机器人方面已经取得重大的突破，但仍然存在一些问题:I)大多数球型两栖机器人的控制结构单一，只能通过上位机控制模块对一台球型两栖子机器人实施控制；2)大多数球型两栖机器人在低信噪比环境受控时，容易出现控制信号丢失、机器人失控的现象;3)大多球形两栖机器人在执行任务过程中只能完成单一任务，并不能够通过协调编队的方式完成任务。
(三)
【发明内容】
:
[0010]本发明的目的在于提出一种新型球形两栖机器人的多机协调控制系统及控制方法，利用在低信噪比条件下基于ZigBee通信协议的XBee模块通信状况优良的特点，克服了现有技术的不足，是一种结构简单，通讯结构清晰合理，操作方便的系统和控制方法。
[0011 ]本发明的技术方案:一种新型球形两栖机器人的多机协调控制系统，其特征在于它包括主端控制单元、从端控制单元和无线数据通讯单元;所述无线数据通讯单元由主端控制单元中的主端无线通讯模块和从端控制单元中的从端无线通讯模块构成;所述主端无线通讯模块与从端控制单元之间通过双向无线通讯方式连接。
[0012]所述主端无线通讯模块和从端无线通讯模块之间通过ZigBee通信协议实现双向无线通讯方式连接。
[0013]所述主端控制单元还包括上位机控制模块;所述上位机控制模块与主端无线通讯模块之间呈串口通讯方式连接。
[0014]所述上位机控制模块是基于LabVIEW(LaboratoryVirtual Instrument
Engineering Workbench--虚拟仪器)的控制器，可以实现对于多台球形两栖机器人的可视化控制。
[0015]所述上位机控制模块通过串口通讯的方式向主端无线通讯模块发送控制命令，每个从端无线通讯模块与主端无线通讯模块之间通过基于ZigBee通讯协议的无线通讯方式连接，每台球形两栖子机器人可以通过搭载的从端无线通讯模块接收到来自上位机控制模块的控制命令。
[0016]所述从端控制单元还包括不少于I个的球形两栖子机器人构成;所述球形两栖子机器人身上装有各自的主控板;所述球形两栖子机器人的主控板与从端无线通讯模块之间呈串口通讯方式连接。
[0017]所述无线数据通讯单元是由XBee无线数据传输模块和通信连接转换底板构成;其中所述XBee无线数据传输模块与通信连接转换底板分别安装在每台球形两栖子机器人身上;所述XBee无线数据传输模块的主端无线通讯模块与上位机控制模块之间呈串口通讯方式连接;所述XBee无线数据传输模块的从端无线通讯模块与球形两栖子机器人的主控板之间呈串口通讯连接方式连接。
[0018]所述XBee无线数据传输模块是基于ZigBee通信协议的通讯模块。
[0019]—种新型球形两栖机器人的多机协调控制方法，其特征在于它包括以下步骤:
[0020](I)上位机控制模块通过无线控制的方式对各个球形两栖子机器人进行协调控制;上位机控制模块搭建通过LabVIEW操作界面完成；
[0021](2)配合上位机控制模块的控制，建立球形两栖子机器人运动方式:
[0022]①爬行运动方式以及转向运动方式:球形两栖子机器人分别接收到爬行运动方式控制指令或转向运动方式控制指令后，分别执行爬行运动方式控制或转向运动方式控制。
[0023]②球形两栖子机器人将接收到的上位机控制模块发出的控制信息的消息回传给上位机控制模块，球形两栖子机器人执行指定动作后，等待接受上位机控制模块的新的控制信息，如果执行动作中遇到停止命令，立刻终止运动程序，转为球形两栖子机器人初始化状态，即球型两栖子机器人静止，以待重新接收新的动作控制命令；
[0024](3)点对多点控制网络，并在网络中进行编队化处理:
[0025]通过改变无线通讯模块的控制方式，设置无线通讯模块所属的网络工作模式，进而固定球形两栖子机器人在球形两栖机器人多机协调系统中的地位为终端模式，球形两栖子机器人在接收到控制指令信号后，能够按照设定的爬行运动方式或转向运动方式有组织的运动。
[0026](4)构建上位机控制模块与球形两栖子机器人之间的通信:
[0027]①上位机控制模块与主端无线通讯模块为基于串口通讯协议的USART传输方式，球形两栖子机器人的从端无线传输模块与球形两栖子机器人本体之间通过串口通讯方式链接，主端无线通讯模块与从端无线通讯模块之间通过无线方式传输控制信号，球形两栖子机器人可以将收到的控制信号进行调用，从而产生运动方式；
[0028]②球形两栖子机器人本体也可以将成功受控的信号通过串口方式回传给从端无线通讯模块，以无线数据流传输的方式回传到上位机控制模块所连接的主端无线通讯模块；
[0029]③上位机控制模块通过LabVIEW操作界面完成向主端无线通讯模块输出控制命令，将主端无线通讯模块以串口通讯的方式与上位机控制模块的串口接口连接，上位机控制模块通过虚拟仪器串口集成驱动VISA发送控制信号或接收球形两栖子机器人回传的受控信号。
[0030]所述步骤(I)中上位机控制模块中基于LabVIEW操作界面，用于对状态变量进行显示和按钮化操作;所述按钮是由通道选择按钮、控制状态标识、协调控制按钮、频率调节旋钮、地址选择框、停止按钮以及球形两栖子机器人执行指令控制按钮构成;具体工作方法由以下步骤构成:
[0031]①由通道选择按钮执行循环指令的通道选择，设定第一个通道用于连接上位机控制模块的主端无线通讯模块，第二通道为预留通道用于供后期拓展功能使用；
[0032]②控制状态标识用于显示球形两栖子机器人执行动作命令的状态，若收到球形两栖子机器人回传的受控信号时，显示“0K”以表示状态连接成功;若收到球形两栖子机器人回传的受控信号并显示“ERROR”时，则表示上位机控制模块与球形两栖子机器人的连接状态不成功；
[0033]③当按下协调控制按钮时球形两栖子机器人被执行初始化状态以待接收控制命令，在调整好球形两栖子机器人爬行频率，依据执行侦查探测任务的环境地形的不同，需要球形两栖子机器人分别执行侦查探测任务时，按下球形两栖子机器人对应的控制按钮，通过上位机控制模块对球形两栖子机器人进行控制；
[0034]④球形两栖子机器人运动频率调整旋钮相当于一个时钟控制电路，球形两栖子机器人腿部舵机的一个信号周期为20ms，所以给定的时钟周期为20ms的整数倍，以控制球形两栖子机器人腿部运动的行进频率，从而达到控制球形两栖子机器人爬行运动速度的目的；
[0035]⑤每台球形两栖子机器人都会与球形两栖子机器人执行指令控制按钮中的一个按钮对应，通过其各自的控制按钮，实现球形两栖子机器人进行侦察的过程中，需要各自单独完成任务时的单一控制，使球形两栖子机器人完成各自的相应动作。
[0036]本发明的工作原理:一种新型球形两栖机器人的多机协调控制方法利用在低信噪比条件下基于ZigBee通信协议的XBee模块通信状况优良的特点，针对这个特点，通过上位机控制模块对球形两栖子机器人的协调控制以达到系统的信息交互实时性，在特殊情况作业时，上位机控制模块利用无线通讯模块发送控制信息给球形两栖子机器人，并且能够对球形两栖子机器人进行协调控制，球形两栖子机器人在接收到控制指令后，分别执行不同的任务，在完成侦查探测后，可以将数据通过无线通讯模块传送给上位机以供分析。利用上位机控制模块对各个球形两栖子机器人进行点对多点的无线控制，以及实现上位机控制模块与球形两栖子机器人之间双向通信的特点。在未来的各大领域中可以应用该系统，能够将球形两栖子机器人进行编队，实现对不同小队球形两栖子机器人完成不同任务规划以及协调作业的要求。
[0037]—种新型球形两栖机器人的多机协调控制方法通过无线的信号传输方式，控制信息分散式传递给多台球形两栖子机器人，实现对各个球形两栖子机器人的远程控制，以及协调控制，球形两栖子机器人受控以后能够执行上位机的命令。
[0038]所述的一种新型球形两栖机器人多机协调控制方法包括主端控制单元和从端控制单元，其中主端控制单元为上位机控制模块和主端无线通讯模块用于协调整个球形两栖多机器人网络，上位机控制模块通过向主端无线通讯模块发送控制信息，多个球形两栖子机器人同时收到命令，并执行相应的命令。球形两栖子机器人在执行任务的过程中通过加装传感器采集数据记录并保存，并发送给上位机;多个球形两栖子机器人可以由上位机控制模块统一编队控制，球形两栖子机器人在进行编队处理后，增强了分组执行任务的能力， 如进入狭窄空间，或分步执行不同任务。[0〇39]无线通讯模块的核心部分由基于ZigBee通信协议的XBee模块担任，XBee通讯模块是基于ZigBee通信协议的通讯模块，通过配置该模块的属性，能够令其担任不同的角色， XBee模块能够完成点对多点的信号传输模式，这种模式可以有效执行上位机控制模块所设置的球形两栖多机器人协调控制程序命令。各个球形两栖子机器人上装有此模块，球形两栖子机器人能够建立起相互联系。上位机的无线通讯模块配置结构为协调器模式，球形两栖子机器人的无线通讯模块配置为终端模式，做到实时一发多收功能。球形两栖子机器人载有的从端无线通讯模块与机器人主控板通过串口方式连接，上位机控制模块与主端无线通讯模块之间通过串口方式连接，主端无线通讯模块与从端无线通讯模块之间通过无线的方式传输信号。操作者可以通过上位机控制模块对各个从端无线通讯模块分别输出不同的任务彳目号。
[0040]上位机控制模块构建利用LabVIEW开发环境，包括设定VISA环境变量、制定控制按钮簇、设置布尔逻辑控制按钮、设定循环变量、建立协调运动控制程序发送指令和多台球形两栖子机器人运动控制程序发送指令、指定频率逻辑变量输入函数以及建立。[0041 ]电池供给的12V电压不能直接连接AVR单片机，需要通过LM2596稳压模块将12V电压转换为5V电压供给单片机，电池的正负极连接LM2596稳压模块的输入端正负极，LM2596 稳压模块的输出正负极连接到单片机板的5V输入和GND接地端。[〇〇42] 球形两栖子机器人运动方式包括爬行运动方式以及转向运动方式:在ICCAVR7环境中完成球形两栖子机器人运动控制，在球形两栖子机器人分别接收到不同的控制信息后，分别调用不同的运动方式控制。通道选择按钮是底层程序框图的大框架选择按钮，可以执行循环指令的信道选择，当前固定第一个通道连接球形两栖子机器人的上位机控制模块，第二通道为预留通道用于后期拓展功能使用；状态指示标识框可以显示程序运行的状态，若程序收到球形两栖子机器人回传的指令时，显示“0K”以表示状态连接成功，若程序收到球形两栖子机器人回传的指令并显示“ERROR”时，则表示程序与球形两栖子机器人的连接状态不成功；当打开程序中的“协调”按钮时指示灯点亮，在调整好球形两栖子机器人爬行频率后，按下某一球形两栖子机器人所对应的控制按钮，可以通过上位机软件对球形两栖子机器人进行控制;球形两栖子机器人运动频率调整旋钮在程序底层为一个时钟控制电路，球形两栖子机器人腿部舵机的一个信号周期为20ms，所以给定的时钟周期为20ms的整数倍，在这里所编写的时钟周期输入的是20ms整数倍的时间，控制球形两栖子机器人腿部运动的行进频率，以控制球形两栖子机器人爬行的运动速度;球形两栖子机器人分别执行任务指令控制按钮可以在球形两栖子机器人进行侦察的过程中，及球形两栖子机器人需要个体单独完成任务时使用，用来控制单一球形两栖子机器人完成相应动作。[〇〇43]本发明的优越性在于:1、采用了低信噪比条件下基于ZigBee通信协议的XBee模块通信状况优良的特点，改变了以往通信传输效率低，承载信道容量小的通讯方式，实现了低信噪比条件下的通信控制，大大降低了球形两栖多机器人在执行侦查探测任务的失误率， 解决了以往球型两栖机器人在执行侦查探测任务过程中容易出现信号丢失、机器人失控现象的问题;2、该新型球形两栖机器人的多机协调控制方法采用点对多点的传输方式，改变了以往球形两栖多机器人控制点对点的传输方式，解决了以往只能通过上位机控制模块对一台球型两栖子机器人实施控制，大大提高球形两栖多机器人作业规划的效率;3、该方法采用主从分级结构配置上位机与球形两栖机器人所属层次，能够对球形两栖多机器人进行协调控制以及编队处理，解决了以往球形两栖机器人在执行任务过程中只能完成单一任务，并不能够通过协调编队的方式完成任务的问题。(四)【附图说明】:
[0044]图1为本发明所涉一种新型球形两栖机器人的多机协调控制系统的整体结构框图。
[0045]图2为本发明所涉一种新型球形两栖机器人的多机协调控制方法的控制流程示意图。
[0046]图3为本发明所涉一种新型球形两栖机器人的多机协调控制方法的网络控制架构示意图。[〇〇47]图4为本发明所涉一种新型球形两栖机器人的多机协调控制方法的上位机控制模块中基于LabVIEW操作界面示意图。
[0048]图5为本发明所涉一种新型球形两栖机器人的多机协调控制方法的球形两栖子机器人程序执行流程示意图。(五)【具体实施方式】:
[0049]实施例:一种新型球形两栖机器人的多机协调控制方法(见图1)，其特征在于它包括主端控制单元、从端控制单元和无线数据通讯单元;所述无线数据通讯单元由主端控制单元中的主端无线通讯模块和从端控制单元中的从端无线通讯模块构成;所述主端无线通讯模块与从端控制单元之间通过双向无线通讯方式连接。
[0050]所述主端无线通讯模块和从端无线通讯模块之间通过ZigBee通信协议实现双向无线通讯方式连接(见图1)。[0051 ]所述主端控制单元(见图1)还包括上位机控制模块;所述上位机控制模块与主端无线通讯模块之间呈串口通讯方式连接。
[0052]所述上位机控制模块是基于LabVIEW的控制器，可以实现对于多台球形两栖机器人的可视化控制。
[0053]所述上位机控制模块通过串口通讯的方式向主端无线通讯模块发送控制命令，每个从端无线通讯模块与主端无线通讯模块之间通过基于ZigBee通讯协议的无线通讯方式连接，每台球形两栖子机器人可以通过搭载的从端无线通讯模块接收到来自上位机控制模块的控制命令。
[0054]所述从端控制单元(见图1)还包括不少于1个的球形两栖子机器人构成;所述球形两栖子机器人身上装有各自的主控板;所述球形两栖子机器人的主控板与从端无线通讯模块之间呈串口通讯方式连接。
[0055]此实施例中，球型两栖子机器人为3个，3个球型两栖子机器人为并列关系，分别标为1#?3#〇[〇〇56]所述无线数据通讯单元是由XBee无线数据传输模块和通信连接转换底板构成;其中所述XBee无线数据传输模块与通信连接转换底板分别安装在每台球形两栖子机器人身上;所述XBee无线数据传输模块的主端无线通讯模块与上位机控制模块之间呈串口通讯方式连接;所述XBee无线数据传输模块的从端无线通讯模块与球形两栖子机器人的主控板之间呈串口通讯连接方式连接。[0〇57]所述XBee无线数据传输模块是基于ZigBee通信协议的通讯模块。
[0058]—种新型球形两栖机器人的多机协调控制方法(见图2)，其控制特性在于它包括以下步骤:
[0059](1)上位机控制模块通过无线控制的方式对1#?3#球形两栖子机器人进行协调控制;上位机控制模块的搭建通过LabVIEW操作界面完成；
[0060](2)配合上位机控制模块的控制，建立球形两栖子机器人运动方式:[0061 ]①爬行运动方式以及转向运动方式:1#和2#球形两栖子机器人分别接收到爬行运动方式控制指令和转向运动方式控制指令后，1#球型两栖子机器人执行爬行运动方式控制，2#球型两栖子机器人执行转向运动方式控制；
[0062]②1#?3#球形两栖子机器人将接收到的上位机控制模块发出的控制信息的消息回传给上位机控制模块，1#?3#球形两栖子机器人执行指定动作后，等待接受上位机控制模块的新的控制信息，如果执行动作中遇到停止命令，立刻终止运动程序，转为球形两栖子机器人初始化状态，既球型两栖子机器人静止，以待重新接收新的动作控制命令；
[0063](3)点对多点控制网络(见图3)，并在网络中进行编队化处理:
[0064]通过改变无线通讯模块的控制方式，设置无线通讯模块所属的网络工作模式，进而确定上位机控制模块在球型两栖机器人多机协调系统中为协调器模式，1#?3#球形两栖子机器人在球形两栖机器人多机协调系统中的为终端模式，1#?3#球形两栖子机器人在接收到控制指令信号后，能够按照爬行运动方式、转向运动方式和前进运动方式有组织的运动；
[0065](4)构建上位机控制模块与球形两栖子机器人之间的通信:[〇〇66]①上位机控制模块与主端无线通讯模块为基于串口通讯协议的USART传输方式，球形两栖子机器人的从端无线传输模块与球形两栖子机器人本体之间通过串口通讯方式链接，主端无线通讯模块与从端无线通讯模块之间通过无线方式传输控制信号，球形两栖子机器人可以将收到的控制信号进行调用，从而产生运动方式；
[0067]②球形两栖子机器人本体也可以将成功受控的信号通过串口方式回传给从端无线通讯模块，以无线数据流传输的方式回传到上位机控制模块所连接的主端无线通讯模块；[〇〇68]③上位机控制模块通过LabVIEW操作界面完成向主端无线通讯模块输出控制命令，将主端无线通讯模块以串口通讯的方式与上位机控制模块的串口接口连接，上位机控制模块通过虚拟仪器串口集成驱动VISA发送控制信号或接收球形两栖子机器人回传的受控信号。
[0069]所述步骤(1)中上位机控制模块中基于LabVIEW操作界面(见图4)，用于对状态变量进行显示和按钮化操作;所述按钮是由通道选择按钮、控制状态标识、协调控制按钮、频率调节旋钮、地址选择框、停止按钮以及1#?3#球形两栖子机器人执行指令控制按钮构成； 具体工作方法由以下步骤构成:
[0070]①由通道选择按钮执行循环指令的通道选择，设定第一个通道用于连接上位机控制模块的主端无线通讯模块，第二通道为预留通道用于供后期拓展功能使用；
[0071]②控制状态标识用于显示1#?3#球形两栖子机器人执行动作命令的状态，若收到 1#?3#球形两栖子机器人回传的受控信号时，显示“0K”以表示状态连接成功;若收到1#? 3#球形两栖子机器人回传的受控信号并显示“ERROR”时，则表示上位机控制模块与1#?3# 球形两栖子机器人的连接状态不成功；
[0072]③当按下协调控制按钮时1#?3#球形两栖子机器人被执行初始化状态，即球型两栖机器人静止以待接收控制命令，在调整好1#?3#球形两栖子机器人爬行频率，依据执行侦查探测任务的环境地形的不同，需要1#?3#球形两栖子机器人分别执行侦查探测任务时，按下球形两栖子机器人对应的控制按钮，通过上位机控制模块对1#?3#球形两栖子机器人进行分别控制；
[0073]④球形两栖子机器人运动频率调整旋钮相当于一个时钟控制电路，球形两栖子机器人腿部舵机的一个信号周期为20ms，所以给定的时钟周期为20ms的整数倍，以控制球形两栖子机器人腿部运动的行进频率，从而达到控制球形两栖子机器人爬行运动速度的目的；[〇〇74]⑤每台球形两栖子机器人都会与球形两栖子机器人1#?3#执行指令控制按钮中的一个按钮对应，通过其各自的控制按钮，实现球形两栖子机器人进行侦察的过程中，需要单独完成任务时的单一控制，使球形两栖子机器人完成各自的相应动作。
[0075]所述一种新型球形两栖机器人的多机协调控制方法的球形两栖子机器人程序执行流程(见图5)，首先1#?3#球形两栖子机器人系统经过初始化启动程序，机器人处于静止状态准备执行任务，判断是否接到上位机控制模块的控制命令，如果有上位机控制模块发送的控制命令，接收控制命令并执行控制命令并改变运动状态，若没有接收到上位机控制模块发送的控制命令，则不改变运动状态;球形两栖子机器人1#?3#向上位机控制模块发送控制信息，通知上位机控制模块是否受控，若完成上位机控制模块的控制命令则退出程序，若球型两栖子机器人1#?3#仍未完成上位机控制模块的控制命令，则再次执行判断是否接到上位机控制模块的控制命令，在所有程序执行完毕后退出程序。
【主权项】
1.一种新型球形两栖机器人的多机协调控制系统，其特征在于它包括主端控制单元、从端控制单元和无线数据通讯单元;所述无线数据通讯单元由主端控制单元中的主端无线通讯模块和从端控制单元中的从端无线通讯模块构成;所述主端无线通讯模块与从端控制单元之间通过双向无线通讯方式连接。2.根据权利要求1所述一种新型球形两栖机器人的多机协调控制系统，其特征在于所述主端无线通讯模块和从端无线通讯模块之间通过ZigBee通信协议实现双向无线通讯方式连接。3.根据权利要求1所述一种新型球形两栖机器人的多机协调控制系统，其特征在于所述主端控制单元还包括上位机控制模块;所述上位机控制模块与主端无线通讯模块之间呈串口通讯方式连接。4.根据权利要求3所述一种新型球形两栖机器人的多机协调控制系统，其特征在于所述上位机控制模块是基于LabVIEW的控制器，可以实现对于多台球形两栖机器人的可视化控制。5.根据权利要求4所述一种新型球形两栖机器人的多机协调控制系统，其特征在于所述上位机控制模块通过串口通讯的方式向主端无线通讯模块发送控制命令，每个从端无线通讯模块与主端无线通讯模块之间通过基于ZigBee通讯协议的无线通讯方式连接，每台球形两栖子机器人可以通过搭载的从端无线通讯模块接收到来自上位机控制模块的控制命令。6.根据权利要求1所述一种新型球形两栖机器人的多机协调控制系统，其特征在于所述从端控制单元还包括不少于I个的球形两栖子机器人构成;所述球形两栖子机器人身上装有各自的主控板;所述球形两栖子机器人的主控板与从端无线通讯模块之间呈串口通讯方式连接。7.根据权利要求1所述一种新型球形两栖机器人的多机协调控制系统，其特征在于所述无线数据通讯单元是由XBee无线数据传输模块和通信连接转换底板构成;其中所述XBee无线数据传输模块与通信连接转换底板分别安装在每台球形两栖子机器人身上;所述XBee无线数据传输模块的主端无线通讯模块与上位机控制模块之间呈串口通讯方式连接;所述XBee无线数据传输模块的从端无线通讯模块与球形两栖子机器人的主控板之间呈串口通讯连接方式连接。8.根据权利要求7所述一种新型球形两栖机器人的多机协调控制系统，其特征在于所述XBee无线数据传输模块是基于ZigBee通信协议的通讯模块。9.一种新型球形两栖机器人的多机协调控制方法，其特征在于它包括以下步骤: (1)上位机控制模块通过无线控制的方式对各个球形两栖子机器人进行协调控制；上位机控制模块搭建通过LabVIEW操作界面完成； (2)配合上位机控制模块的控制，建立球形两栖子机器人运动方式: ①爬行运动方式以及转向运动方式:球形两栖子机器人分别接收到爬行运动方式控制指令或转向运动方式控制指令后，分别执行爬行运动方式控制或转向运动方式控制。 ②球形两栖子机器人将接收到的上位机控制模块发出的控制信息的消息回传给上位机控制模块，球形两栖子机器人执行指定动作后，等待接受上位机控制模块的新的控制信息，如果执行动作中遇到停止命令，立刻终止运动程序，转为球形两栖子机器人初始化状态，即球型两栖子机器人静止，以待重新接收新的动作控制命令； (3)点对多点控制网络，并在网络中进行编队化处理: 通过改变无线通讯模块的控制方式，设置无线通讯模块所属的网络工作模式，进而固定球形两栖子机器人在球形两栖机器人多机协调系统中的地位为终端模式，球形两栖子机器人在接收到控制指令信号后，能够按照设定的爬行运动方式或转向运动方式有组织的运动。 (4)构建上位机控制模块与球形两栖子机器人之间的通信: ①上位机控制模块与主端无线通讯模块为基于串口通讯协议的USART传输方式，球形两栖子机器人的从端无线传输模块与球形两栖子机器人本体之间通过串口通讯方式链接，主端无线通讯模块与从端无线通讯模块之间通过无线方式传输控制信号，球形两栖子机器人可以将收到的控制信号进行调用，从而产生运动方式； ②球形两栖子机器人本体也可以将成功受控的信号通过串口方式回传给从端无线通讯模块，以无线数据流传输的方式回传到上位机控制模块所连接的主端无线通讯模块； ③上位机控制模块通过LabVIEW操作界面完成向主端无线通讯模块输出控制命令，将主端无线通讯模块以串口通讯的方式与上位机控制模块的串口接口连接，上位机控制模块通过虚拟仪器串口集成驱动VISA发送控制信号或接收球形两栖子机器人回传的受控信号。10.根据权利要求/9所述一种新型球形两栖机器人的多机协调控制方法，其特征在于所述步骤(I)中上位机控制模块中基于LabVIEW操作界面，用于对状态变量进行显示和按钮化操作;所述按钮是由通道选择按钮、控制状态标识、协调控制按钮、频率调节旋钮、地址选择框、停止按钮以及球形两栖子机器人执行指令控制按钮构成;具体工作方法由以下步骤构成: ①由通道选择按钮执行循环指令的通道选择，设定第一个通道用于连接上位机控制模块的主端无线通讯模块，第二通道为预留通道用于供后期拓展功能使用； ②控制状态标识用于显示球形两栖子机器人执行动作命令的状态，若收到球形两栖子机器人回传的受控信号时，显示“OK”以表示状态连接成功;若收到球形两栖子机器人回传的受控信号并显示“ERROR”时，则表示上位机控制模块与球形两栖子机器人的连接状态不成功； ③当按下协调控制按钮时球形两栖子机器人被执行初始化状态以待接收控制命令，在调整好球形两栖子机器人爬行频率，依据执行侦查探测任务的环境地形的不同，需要球形两栖子机器人分别执行侦查探测任务时，按下球形两栖子机器人对应的控制按钮，通过上位机控制模块对球形两栖子机器人进行控制； ④球形两栖子机器人运动频率调整旋钮相当于一个时钟控制电路，球形两栖子机器人腿部舵机的一个信号周期为20ms，所以给定的时钟周期为20ms的整数倍，以控制球形两栖子机器人腿部运动的行进频率，从而达到控制球形两栖子机器人爬行运动速度的目的； ⑤每台球形两栖子机器人都会与球形两栖子机器人执行指令控制按钮中的一个按钮对应，通过其各自的控制按钮，实现球形两栖子机器人进行侦察的过程中，需要各自单独完成任务时的单一控制，使球形两栖子机器人完成各自的相应动作。
【文档编号】G05D1/00GK106020179SQ201610628757
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年8月1日
【发明人】郭书祥, 郭健, 李鑫
【申请人】天津理工大学