一种新型球形两栖机器人的多机协调控制系统技术方案

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；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作业规划的效率。

【技术实现步骤摘要】

本技术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。
技术介绍
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。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。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。(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。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：1)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。
技术实现思路
本技术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，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。本技术的技术方案：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。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。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。所述上位机控制模块是基于LabVIEW(LaboratoryVirtualInstrumentEngineeringWorkbench——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。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。所述从端控制单元还包括不少于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。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。所述XBee无线数据传输模块是基于ZigBee通信协议的通讯模块。本技术的控制方法：(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。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本文档来自技高网...

【技术保护点】
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。

【技术特征摘要】
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...

【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