本发明专利技术公开了一种基于2.4G无线射频芯片的多机器人通信系统，尤其是能在危险环境情况下多个机器人探测环境信息并以特定的点对多点的通信方式传输信息的多机器人通信系统。该系统包括至少三个机器人，每个机器人至少包括本体、控制器、运动机构、传感器组件和2.4G无线射频芯片；其中传感器组件与控制器相连，用于采集环境信息；所有机器人中存在一个主机机器人，其余机器人为从机机器人，主机机器人与从机机器人之间实现点对多点通信。本发明专利技术适用于危险场景下，工程人员可以远程检测环境的数据，有利于提高环境信息检测的广度，提高信息检测的效率，保障工程人员的人身安全。
【技术实现步骤摘要】
基于2.4G无线射频芯片的多机器人通信系统
本专利技术涉及一种多机器人系统通信系统，属于通信
技术介绍
由于对机器人的应用需求不断提高，其面临的任务和环境也变得日益复杂，尤其是一些危险的特殊领域，如核工业故障、地震求援、太空作业等，迫切需要机器人的介入。因此单个机器人设计的要求与功能也不断提升。由于机器人本身就是一个复杂的系统结构，如果此系统上增加其他的更多的功能会大大的提高系统本身的复杂度，同时还会降低系统的可靠性，效率也不一定会有很大的提高，设备的设计制造与维护就更加困难。多机器人要实现群体之间的协调，就必须保证群体之间交流和协商的有效性，以及信息的有效共享。通过Balch和Arkin的实验表明：有效的通信可以大大提高系统性能。但是目前人们对多机器人的研究主要集中在运动控制层，却忽略了多机器人协调最基本的问题，即多机器人之间信息的传递。多机器人的同步或协调，如坐标确定、路径规划、防止死锁、避免碰撞等，这虽然是很有必要的，但忽略了多机器人系统的角度实现系统中单个机器人的控制。由此可见，通信在多机器人系统研究中具有举足轻重的作用，是群机器人系统研究中一项重要的内容。
技术实现思路
专利技术目的：针对现有技术的不足，本专利技术目的在于提供一种基于2.4G无线射频芯片的多机器人通信系统，以实现多机器人的高效通信，实现多机器人的优势互补，增强执行任务的灵活性，为应急指挥提供更加可靠、实时、全面的信息。技术方案：为实现上述专利技术目的，本专利技术采用如下技术方案：基于2.4G无线射频芯片的多机器人通信系统，包括至少三个机器人，每个机器人至少包括本体、控制器、运动机构、传感器组件和2.4G无线射频芯片；所述传感器组件包括温度传感器、烟雾传感器和火焰传感器；所有机器人中存在一个主机机器人，其余机器人为从机机器人；所述主机机器人与从机机器人之间实现点对多点通信，所述主机机器人的控制器配置的软件程序实现主机数据发送与接收流程，从机机器人的控制器配置的软件程序实现从机数据发送与接收流程；所述主机数据发送流程包括：(11)设置主机机器人的无线射频芯片为发送状态；(12)设置主机机器人的发送地址与应答地址；(13)发送数据到指定从机机器人，其中数据的格式包括方向控制信号、速度控制信号、环境信息需求控制信号和用于控制从机机器人正常工作还是停止工作的总控制信号；所述环境信息包括温度信息、烟雾信息、火焰信息、障碍物检测信息中的一种或多种；(14)若数据发送成功，则至步骤(12)与下一从机机器人进行通信，若在设定时间内发送失败则将继续步骤(13)；若发送失败超过设定时间，则至步骤(12)与下一从机机器人进行通信；所述主机数据接收流程包括：(21)设置主机机器人的无线射频芯片为接收状态；(22)设置主机机器人的数据接受地址、应答地址和数据接受通道；(23)等待接受从机机器人的数据，其中数据的格式包括方向控制状态反馈信号、速度控制状态反馈信号、环境数据信号和工作状态信号；(24)接受成功则进入数据处理，接受失败则重复步骤(23)；所述从机数据发送流程包括：(31)设置从机机器人的无线射频芯片为发送状态；(32)设置从机机器人的发送地址与应答地址；(33)向主机机器人发送握手信号；(34)若握手成功，则进入步骤(35)；若握手失败，则重复步骤(33)；(35)发送数据到主机机器人，其中数据的格式包括方向控制状态反馈信号、速度控制状态反馈信号、环境数据信号和工作状态信号；(36)等待发送成功信号标志，若在设定时间内发送失败则继续步骤(35)，若发送失败超过设定时间，则重复步骤(33)；所述从机数据接受流程包括：(41)设置从机机器人的无线射频芯片为接受状态；(42)设置从机机器人的数据接受地址、应答地址和数据接受通道；(43)等待接受主机机器人的数据，其中数据的格式包括方向控制信号、速度控制信号、环境信息需求控制信号和总控制信号；(44)接受成功则进入数据处理，接受失败则重复步骤(43)。作为优选，所述环境数据信号包括温度信号、烟雾信号、火焰信号和障碍物检测信号。作为优选，所述主机机器人和从机机器人之间发送的数据一帧大小为8个字节，其中方向控制信号与方向控制状态反馈信号用1个字节表示，速度控制信号与速度控制状态反馈信号用1个字节表示，温度信息需求控制信号与温度信号用2个字节表示，烟雾信息需求控制信号与烟雾信号用1个字节表示，火焰信息需求控制信号与火焰信号用1个字节表示，障碍物检测信息需求控制信号与障碍物检测信号用1个字节表示，总控制信号与工作状态信号用1个字节表示。作为优选，所述2.4G无线射频芯片采用NRF2401无线射频芯片。作为优选，所述控制器采用K60单片机。作为另一种可选的实施方案，所述基于2.4G无线射频芯片的多机器人通信系统中采用上位机作为主机，各机器人作为从机。作为优选，所述上位机与显示器和遥感手柄相连，所述显示器用于显示获取的各机器人采集的信息，所述遥感手柄用于输出从机机器人的运动控制信号。有益效果：与现有技术相比，本专利技术的多机器人通信系统具有如下的优点：(1)适合完成复杂任务：借鉴自然界分工合作的思想，对于复杂的任务，利用多机器人系统的优势可以将之分解为多个简单的子任务，通过多个机器人协调合作完成。相对于单个机器人独自完成复杂的任务，多机器人的分工合作可以极大的提升工作效率。(2)时空分布性：多个机器人可在在不同分布时间内和不同的区域中同时执行任务。(3)功能分布性：在多个机器系统中，根据不同的目标任务，对机器人设计不同的功能，它们通过协调完成工作。(4)感知分布性：在一个区域较大的环境中，多个机器人分布在环境中，各自感知周围的环境，通过共享感知到的信息，大大扩展了机器人系统对环境的感知范围。(5)较高的系统可靠性：多机器人系统可以降低了单个机器人设计难度和工作成本，提高了单个机器人的可靠性，同时也提高了系统的可靠性。(6)实现了多机器人的高效通信，充分利用不同机器人的特点，实现多机器人的优势互补，为应急指挥提供更加可靠、实时、全面的信息。(7)实现了多机器人的在突发事件中的相互协作能力，提高多机器人的任务执行力度。(8)实现了机器人的高效通信，利用网络技术，打破传统的集中式控制多机器人模式，增强执行任务的灵活性。附图说明图1为点对多点通信流程示意图。图2为主机发送接受流程示意图。图3为从机发送接受流程示意图。图4为机器人传感器模块结构框图。图5为基于K60控制器的多机器人通信系统结构示意图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术做进一步说明。本专利技术实施例公开的一种基于2.4G无线射频芯片的多机器人通信系统，系统中包括多个机器人，每个机器人至少包括本体(即机器人的机体结构)、控制器(机器人的控制系统的控制器件)、运动机构(包括电机装置与减速装置)、传感器组件和2.4G无线射频芯片；其中传感器组件包括温度传感器(如DS18B20)、烟雾传感器(如MQ-2)、火焰传感器(如Risym四线制火焰传感器)、障碍物检测传感器(如Risym智能小车避障传感器)等。2.4G无线射频芯片为工作在2.4GHZ自由频段的无线收发一体的通信芯片，本实施例使用NRF2401无线射频芯片无线模块实现点对多点无线传输。NRF2401最高传输本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.基于2.4G无线射频芯片的多机器人通信系统，其特征在于：包括至少三个机器人，每个机器人至少包括本体、控制器、运动机构、传感器组件和2.4G无线射频芯片；所述传感器组件与控制器相连，用于采集环境信息；所有机器人中存在一个主机机器人，其余机器人为从机机器人；所述主机机器人与从机机器人之间实现点对多点通信，所述主机机器人的控制器配置的软件程序实现主机数据发送与接收流程，从机机器人的控制器配置的软件程序实现从机数据发送与接收流程；所述主机数据发送流程包括：(11)设置主机机器人的无线射频芯片为发送状态；(12)设置主机机器人的发送地址与应答地址；(13)发送数据到指定从机机器人，其中数据的格式包括方向控制信号、速度控制信号、环境信息需求控制信号和用于控制从机机器人正常工作还是停止工作的总控制信号；所述环境信息包括温度信息、烟雾信息、火焰信息、障碍物检测信息中的一种或多种；(14)若数据发送成功，则至步骤(12)与下一从机机器人进行通信，若在设定时间内发送失败则将继续步骤(13)；若发送失败超过设定时间，则至步骤(12)与下一从机机器人进行通信；所述主机数据接收流程包括：(21)设置主机机器人的无线射频芯片为接收状态；(22)设置主机机器人的数据接受地址、应答地址和数据接受通道；(23)等待接受从机机器人的数据，其中数据的格式包括方向控制状态反馈信号、速度控制状态反馈信号、环境数据信号和工作状态信号；(24)接受成功则进入数据处理，接受失败则重复步骤(23)；所述从机数据发送流程包括：(31)设置从机机器人的无线射频芯片为发送状态；(32)设置从机机器人的发送地址与应答地址；(33)向主机机器人发送握手信号；(34)若握手成功，则进入步骤(35)；若握手失败，则重复步骤(33)；(35)发送数据到主机机器人，其中数据的格式包括方向控制状态反馈信号、速度控制状态反馈信号、环境数据信号和工作状态信号；(36)等待发送成功信号标志，若在设定时间内发送失败则继续步骤(35)，若发送失败超过设定时间，则重复步骤(33)；所述从机数据接受流程包括：(41)设置从机机器人的无线射频芯片为接受状态；(42)设置从机机器人的数据接受地址、应答地址和数据接受通道；(43)等待接受主机机器人的数据，其中数据的格式包括方向控制信号、速度控制信号、环境信息需求控制信号和总控制信号；(44)接受成功则进入数据处理，接受失败则重复步骤(43)。...
【技术特征摘要】
1.基于2.4G无线射频芯片的多机器人通信系统，其特征在于：包括至少三个机器人，每个机器人至少包括本体、控制器、运动机构、传感器组件和2.4G无线射频芯片；所述传感器组件与控制器相连，用于采集环境信息；所有机器人中存在一个主机机器人，其余机器人为从机机器人；所述主机机器人与从机机器人之间实现点对多点通信，所述主机机器人的控制器配置的软件程序实现主机数据发送与接收流程，从机机器人的控制器配置的软件程序实现从机数据发送与接收流程；所述主机数据发送流程包括：(11)设置主机机器人的无线射频芯片为发送状态；(12)设置主机机器人的发送地址与应答地址；(13)发送数据到指定从机机器人，其中数据的格式包括方向控制信号、速度控制信号、环境信息需求控制信号和用于控制从机机器人正常工作还是停止工作的总控制信号；所述环境信息包括温度信息、烟雾信息、火焰信息、障碍物检测信息中的一种或多种；(14)若数据发送成功，则至步骤(12)与下一从机机器人进行通信，若在设定时间内发送失败则将继续步骤(13)；若发送失败超过设定时间，则至步骤(12)与下一从机机器人进行通信；所述主机数据接收流程包括：(21)设置主机机器人的无线射频芯片为接收状态；(22)设置主机机器人的数据接受地址、应答地址和数据接受通道；(23)等待接受从机机器人的数据，其中数据的格式包括方向控制状态反馈信号、速度控制状态反馈信号、环境数据信号和工作状态信号；(24)接受成功则进入数据处理，接受失败则重复步骤(23)；所述从机数据发送流程包括：(31)设置从机机器人的无线射频芯片为发送状态；(32)设置从机机器人的发送地址与应答地址；(33)向主机机器人发送握手信号；(34)若握手成功，则进入步骤(35)；若握手失败，则重复步骤(33)；(35)发送数据到主机机器人，其中数据的格式包括方向控制状态反馈信号、速度控制状态反馈信号、环境数据信号和工作状态信号；(36)等待发送成功信号标志，若在设定时间内发送失败则继续步骤(35)，若发送失败超过设定时间，则重复步骤(33)；所述从机数据接受流程包括：(41)设置从机机器人的无线射频芯片为接受状态；(42)设置从机机器人的数据接受地址、应答地址和数据接受通道；(43)等待接受主机机器人的数据，其中数据的格式包括方向控制信号、速度控制信号、环境信息需求控制信号和总控制信号；(44)接受成功则进入数据处理，接受失败则重复步骤(43)。2.根据权利要求1所述的基于2.4G无线射频芯片的多机器人通信系统，其特征在于：所述环境数据信号包括温度信号、烟雾信号、火焰信号和障碍物检测信号。3.根据权利要求2所述的基于2.4G无线射频芯片的多机器人通信系统，其特征在于：所述主机机器人和从机机器人之间发送的数据一帧大小为8个字节，其中方向控制信号与方向控制状态反馈信号用1个字节表示，速度控制信号与速度控制状态反馈信号用1个字节表示，温度信息需求控制信号与温度信号用2个字节表示，烟雾信息需求控制信号与烟雾信号用1个字节表示，火焰信息需求...
【专利技术属性】
技术研发人员：廖晓锋，谈英姿，赵圣娇，姚越，蔡宗伦，于雪丽嘉，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32
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