一种自主式球形两栖多机器人通信系统技术方案

一种自主式球形两栖多机器人通信系统，其特征在于它包括球形两栖机器人、无线通讯模块和球形两栖机器人主控板；球形两栖主机器人能够对多个球形两栖子机器人控制以及编队处理。本实用新型专利技术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执行探测任务的能力。

【技术实现步骤摘要】

本技术属于机器人控制领域，尤其是涉及一种自主式球形两栖多机器人通信系统，主要适用于复杂及狭窄环境下机器人能自主配合完成任务。
技术介绍
现阶段，多机器人自主控制研究已经成为机器人研究学科中一项重要的研究方向。针对自主机器人系统的控制方法，对多机器人自主控制等领域展开研究也同样是一项具有重要意义的研究工作。两栖机器人因其能实现在水中和在陆地上的两种环境中运动，这种特性使得该类型机器人具有广泛的应用前景,包括在科学探测、工业控制、军事侦查等领域。虽然现在机器人的能力还很有限，但自主式球形两栖多机器人系统研究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，也同样维护了国家的合法权益。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：(1)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现阶段，所研究的机器人直径相对比较大，不能够适应狭窄区域的环境作业，并且大多采用螺旋桨驱动，噪声相对较大，对电能的消耗同样较高，同时在对机器人的控制方面采用有缆控制，机器人有缆通信虽然能解决一些问题，但是机器人的机动性和实时作业等性能受到严格制约，并且新型球形两栖机器人通过有缆控制，在军事领域应用范围极其容易暴露目标。(2)现有的水下机器人/水下潜器以及两栖机器人大多采用点对点控制方式，控制方式结构单一，缺乏自主控制能力，尤其缺乏在复杂环境以及狭窄区域执行任务的能力。自主式机器人控制方面的研究已经成为机器人学研究中的一个重要方向，控制方式新颖，同时具备良好的应用前景，是一种非常重要的研究方向。针对多机器人自主式控制系统的体系结构，对自主式多机器人控制方面开展研究，这是一项具有重要理论和现实意义的研究工作。虽然国内外研究团队在球形机器人自主控制方面已经取得一些突破性进展，但研究仍然存在一些问题：1)大多数球型两栖机器人的控制结构单一，只能通过球型两栖主机器人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，及其容易出现控制信号衰弱、球型两栖子机器人控制信号丢失的现象；3)大多数自主式球型两栖多机器人系统当遇到球形两栖主机器人遭破坏、球形两栖主机器人遇狭窄空间信号传输不利、球形两栖主机器人自身电路故障等问题时系统无法工作；4)大多球形两栖机器人在执行球型两栖主机器人的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。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种自主式球形两栖多机器人通信系统，它可以解决现有球形两栖机器人大多为有缆控制的方式，且控制方式大多数为点对点的控制方式及控制结构单一等问题，是一种利用无线通讯技术的结构简单，可操作性灵活的系统，可以提高球形两栖机器人的机动性以及灵活性。本技术的技术方案：一种自主式球形两栖多机器人通信系统，其特征在于它包括球形两栖机器人、无线通讯模块和球形两栖机器人主控板；其中，所述球形两栖机器人包括球形两栖主机器人部分和球形两栖子机器人部分；所述球形两栖机器人主控板包括球形两栖主机器人主控板和球形两栖子机器人主控板；所述无线通讯模块包括主无线通讯模块和从无线通讯模块；所述从无线通讯模块和子机器人主控板安装在球形两栖子机器人身上；所述主无线通讯模块和球形两栖主机器人主控制板相连接安装在球形两栖主机器人上；所述主无线通讯模块和球形两栖主机器人主控板之间呈双向串口通讯方式连接，主无线通讯模块可通过串口收发的方式与球形两栖主机器人主控板收发数据；所述主无线通讯模块与从无线通讯模块之间呈双向无线通讯方式连接。所述球形两栖机器人是仿生水陆两栖机器人，是一种在水下通过喷水电机进行喷水行进，陆地采用仿生学四足爬行运动的机器人。所述球形两栖机器人不少于1个，所述球型两栖机器人主控板、无线通讯模块的数量与球形两栖机器人的数量一一对应；所述球形两栖机器人包括球形两栖主机器人部分和球形两栖子机器人部分；所述球形两栖子机器人部分的球形两栖子机器人可以担任球形两栖次主机器人。所述无线通讯模块是由用于信号收发的XBee通讯模块和串口通讯转换底板构成；其中，所述XBee通讯模块安装到串口通信转换底板上即可组成球形两栖机器人无线通讯模块，再安装在每台球形两栖机器人上。所述XBee通讯模块是基于ZigBee通信协议的通讯模块。所述主无线通讯模块与从无线模块之间通过低信噪比通信优越的ZigBee无线通讯协议相互发送数据。所述主无线通讯模块是协调器结构的球形两栖主机器人无线通讯模块；所述从无线通讯模块包括终端结构的球形两栖子机器人无线通讯模块和路由器结构的球形两栖次主机器人无线通讯模块；所述协调器结构与路由器结构之间通过ZigBee协议进行无线通讯；所述协调器结构和路由器结构均可以与终端结构之间通过ZigBee协议进行无线通讯。所述球形两栖机器人主控板为搭载AVR单片机的球形两栖机器人控制电路，由AVR单片机和LM2596稳压模块组成；所述LM2596稳压模块的输入端正负极分别连接系统电源的正负极，其输出端的正负极与AVR单片机的电源输入端和接地端。本技术的工作方法：(1)球形两栖主机器人可以通过无线控制的方式对各个球形两栖子机器人进行控制和任务编队：①通过配置无线通讯模块所处的层次，配置好XBee模块属性，从而配置球形两栖机器人在整个网络中所处的地位：将系统中球形两栖主机器人配置为协调器属性；将球形两栖子机器人配置为终端属性；根据侦察探测环境的需要，设定球形两栖次主机器人，并将这个球形两栖次主机器人配置为路由器属性；配置好的球形两栖主机器人无线通讯模块通过串口通信的方式连接球形两栖主机器人主控板的AVR单片机串口通信引脚，配置好的球形两栖子机器人无线通讯模块通过串口通信方式连接球形两栖子机器人主控板的AVR单片机串口通信引脚；②自主式球型两栖多机器人通信系统在工作过程中，由于球形两栖机器人系统执行任务需要率先配置一台球形两栖主机器人作为引导，球形两栖子机器人的数量依据所需要侦查探测的环境视情况进行相应地增减；③球形两栖主机器人在执行侦查任务的过程中如遇到复杂地形或狭窄区域，无法单独完成侦查探测任务时，需要调动球形两栖子机器人与之一起协调完成任务，并进行编队化处理，球形两栖子机器人接收并逐步执行控制指令，在执行命令的同时，向球形两栖主机器人回发接收指令，通知已完成的任务情况；(2)协调配合完成侦查任务规划，并在网络中进行编队化处理，达到球形两栖主机器人部分与球形两栖子机器人部分之间的配合：①球形两栖主机器人在进入狭窄区域、泥泞区域以及石砾区域的复杂环境采集数据，执行侦查探测任务，球形两栖主机器人主控板的AVR单片机判定在当前环境下需要球形两栖子机器人协调配合工作，球形两栖主机器人主控板的AVR单片机会通过无线通讯模块向已备接收信息的球形两栖子机器人发送控制命令；②当球形两栖主机器人侦测到前方区域相对狭窄不便于球形两栖主机器人单独完成侦查探测任务时，球形两栖主机器人会向球形两栖机器人通信系统发送控制指令，命令球形两栖子机器人执行未完成的侦查探测命令，这时候就需要对球形两栖子机器人进行编队处理；此时，配合球形两栖主机器人执行未完成的侦查探测命令的球形两栖子机器人为球形两栖次主机器人，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种自主式球形两栖多机器人通信系统，其特征在于它包括球形两栖机器人、无线通讯模块和球形两栖机器人主控板；其中，所述球形两栖机器人包括球形两栖主机器人部分和球形两栖子机器人部分；所述球形两栖机器人主控板包括球形两栖主机器人主控板和球形两栖子机器人主控板；所述无线通讯模块包括主无线通讯模块和从无线通讯模块；所述从无线通讯模块和子机器人主控板安装在球形两栖子机器人身上；所述主无线通讯模块和球形两栖主机器人主控制板相连接安装在球形两栖主机器人上；所述主无线通讯模块和球形两栖主机器人主控板之间呈双向串口通讯方式连接，主无线通讯模块可通过串口收发的方式与球形两栖主机器人主控板收发数据；所述主无线通讯模块与从无线通讯模块之间呈双向无线通讯方式连接。

【技术特征摘要】
1.一种自主式球形两栖多机器人通信系统，其特征在于它包括球形两栖机器人、无线通讯模块和球形两栖机器人主控板；其中，所述球形两栖机器人包括球形两栖主机器人部分和球形两栖子机器人部分；所述球形两栖机器人主控板包括球形两栖主机器人主控板和球形两栖子机器人主控板；所述无线通讯模块包括主无线通讯模块和从无线通讯模块；所述从无线通讯模块和子机器人主控板安装在球形两栖子机器人身上；所述主无线通讯模块和球形两栖主机器人主控制板相连接安装在球形两栖主机器人上；所述主无线通讯模块和球形两栖主机器人主控板之间呈双向串口通讯方式连接，主无线通讯模块可通过串口收发的方式与球形两栖主机器人主控板收发数据；所述主无线通讯模块与从无线通讯模块之间呈双向无线通讯方式连接。2.根据权利要求1所述一种自主式球形两栖多机器人通信系统，其特征在于所述球形两栖机器人是仿生水陆两栖机器人，是一种在水下通过喷水电机进行喷水行进，陆地采用仿生学四足爬行运动的机器人。3.根据权利要求2所述一种自主式球形两栖多机器人通信系统，其特征在于所述球形两栖机器人不少于1个，所述球形两栖机器人主控板、无线通讯模块的数量与球形两栖机器人的数量一一对应；所述球形两栖机器人包括球形两栖主机器人部分和球形两栖子机器人部分；所述球形两栖子机器人部分的球形两栖子机器人可以担任球形两栖次主机器人。4.根据权利要求1所述一种自主式球形两栖...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭健，郭书祥，李鑫，
申请(专利权)人：天津理工大学，
类型：新型
国别省市：天津;12