远程探测机器人制造技术

本发明专利技术提供了一种远程探测机器人，包括：传感器组、激光雷达、控制模块、Zigbee无线通信模块；其中，传感器组与控制模块通信连接，用于采集物理环境信息；激光雷达与控制模块通信连接，用于采集环境的三维点云数据；控制模块，用于根据三维点云数据生成栅格地图，存储和处理物理环境信息，以及根据用户的控制指令进行自主导航；Zigbee无线通信模块与控制模块通信连接，用于将栅格地图、物理环境信息发送给远程的终端界面，以及将用户的控制指令发送给控制模块。从而实现采集的物理环境信息的同时，建立栅格地图、进行自主导航的目的，并可以通过Zigbee无线通信模块把信息传输给远程的终端界面，操作简单，提高了工作效率。

Remote Detection Robot

The invention provides a remote detection robot, which includes: sensor group, lidar, control module and Zigbee wireless communication module; in which, the sensor group communicates with the control module for collecting physical environment information; the lidar communicates with the control module for collecting three-dimensional point cloud data of the environment; and the control module for generating three-dimensional point cloud data according to the three-dimensional point cloud data. Grid map, storage and processing of physical environment information, and autonomous navigation according to user's control instructions; Zigbee wireless communication module and control module communication connection, used to send grid map, physical environment information to remote terminal interface, and user's control instructions to the control module. So as to realize the purpose of collecting physical environment information, building grid map and autonomous navigation, and transmitting information to remote terminal interface through Zigbee wireless communication module, the operation is simple and the work efficiency is improved.

【技术实现步骤摘要】
远程探测机器人
本专利技术涉及远程无线探测
，具体地，涉及一种远程探测机器人。
技术介绍
对于未知环境的信息获取方法一直是探测
的热门方向。传统的方法一般来说，是由操作人员组成团队进行实地测量，这样会耗费大量的人力资源。当地震发生之后，现场的地表结构遭到了严重的破坏，并且有可能会发生余震，因此目标区域的道路情况复杂，卫生条件较差，工作人员不易实地进行探测。但由于地震发生之后必须在短时间内了解地震区域的现场情况，包括目标区域的地形结构的改变、现场的温湿度、有毒气体浓度等。当环境光照强度较弱的时候，深度相机不能很好的呈现地图环境，现阶段来说并没有较为良好的解决方案。
技术实现思路
针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种远程探测机器人。第一方面，本专利技术实施例提供一种远程探测机器人，包括：传感器组、激光雷达、控制模块、Zigbee无线通信模块；其中，所述传感器组与所述控制模块通信连接，用于采集物理环境信息；所述激光雷达与所述控制模块通信连接，用于采集环境的三维点云数据；所述控制模块，用于根据所述三维点云数据生成栅格地图，存储和处理所述物理环境信息，以及根据用户的控制指令进行自主导航；所述Zigbee无线通信模块与所述控制模块通信连接，用于将所述栅格地图、物理环境信息发送给远程的终端界面，以及将用户的控制指令发送给所述控制模块。可选地，所述传感器组，包括：MQ2有毒气体传感器、DS18B20温度传感器、DHT11湿度传感器、光敏传感器。可选地，所述物理环境信息，包括：有毒气体浓度、温湿度、光照强度。可选地，所述激光雷达装载于组装的远程探测机器人的顶端。可选地，所述控制模块，包括：核心控制子模块、底层驱动控制子模块；其中，所述核心控制子模块采用树莓派3B主控板，并写入linux版本的16.04Ubuntuwithroskinetic操作系统；所述底层驱动控制子模块采用STM32F407底层驱动板。可选地，还包括：可充电锂电池组、驱动电机、万向轮。可选地，采用改进的粒子滤波激光SLAM算法估计机器人的位姿信息。可选地，所述改进的粒子滤波激光SLAM算法中机器人的位姿信息估计公式如下：其中，为t时刻第i个粒子的位姿，xt为t时刻机器人的位姿；p(zt|xt，m)为已知t时刻机器人位姿和地图数据的情况下机器人的状态分布；zt为t时刻机器人的状态，m为地图数据，为已知t时刻的里程计观测值和t-1时刻第i个粒子的位姿，ut为t时刻里程计观测值，为t-1时刻第i个粒子的位姿，表示求最优机器人位姿概率分布运算。与现有技术相比，本专利技术具有如下的有益效果：本专利技术的远程探测机器人在未知场景中，通过传感器组采集的物理环境信息的同时，建立栅格地图，并通过Zigbee无线通信模块把信息传输给远程的终端界面，从而实现了远距离探测的物理环境信息和地理地貌信息的目的。同时，可以根据提前写入好的导航算法进行导航，操作简单，提高了远程探测机器人的工作效率。附图说明通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本专利技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显：图1为本专利技术实施例提供的远程探测机器人的结构示意图；图2为本专利技术实施例提供的远程探测机器人的使用流程示意图；图3为本专利技术实施例提供的远程探测机器人的地图构建流程示意图。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本专利技术，但不以任何形式限制本专利技术。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本专利技术的保护范围。本专利技术把温湿度、光照强度、有毒气体浓度和未知场景的地图构建两个功能集中在探测机器人上。机器人在未知场景自主运动的同时收集传感器数据，并建立栅格地图，通过Zigbee无线通信模块把信息传输给远程的终端界面，这样就实现了远距离探测的目的。远程的终端界面有PC上位机界面和手机界面两种模式.在构建好的地图上，机器人可以根据提前写入好的导航算法进行导航功能为了实现上述目的，图1为本专利技术实施例提供的远程探测机器人的结构示意图，如图1所示，本专利技术的技术方案包括：在智能终端上安装操作客户端，设备可以是安卓操作系统的平板电脑和智能手机，如果使用PC端的话则是安装一个上位机系统，这一部分作为传感器数据的显示；远程客户端主机ros系统的rviz界面作为显示地图数据和实现导航功能。用户在这里可以看到收集到的环境数据，并且现场地图随着机器人的运动也在不断生成。探测机器人放置在目标区域。机器人上装载着传感器组、激光雷达、Zigbee无线通信模块、驱动电机、6000mAh的12V可充电锂电池组、主控板、底层驱动板。电池组输出供给主控板、底层驱动板(9)、Zigbee无线通信模块，其中主控板、底层驱动板和无线模块电源输入口加载USB串口线供3-5V电源。底层驱动板和电机模块相连，作为机器人动作的驱动；主控板提前写入ROS操作系统，并连接激光雷达，记录机器人位姿并生成栅格地图；传感器组与Zigbee无线通信模块的控制器相连，采集到的数据直接经过CC2530控制芯片处理，不再发给主控模块，减少主控模块的计算量；最终，主控模块输出地图数据，无线模块把地图数据和温湿度、光照强度、有毒气体浓度等数据传输给远程客户端。图2为本专利技术实施例提供的远程探测机器人的使用流程示意图，如图2所示，使用流程包括：首先，把16.04Ubuntuwithroskinetic操作系统写入树莓派3B的主控板上，其中ROS操作系统里面包含了rviz仿真环境与gazbeo物理建模工具，激光雷达收集的运动轨迹信息在这里生成栅格地图；数据处理算法采用基于滤波的改进SLAM算法，误差消除采用ICP与线性最小二乘法结合；算法的实现可以调用ROS里面的MOVE_BASE功能包来实现；在工作时操作人员不用在PC上运行ROS，这是开始前的准备工作；然后，设置Zigbee无线通信模块的IP地址，设置原则是保证无线模块与操作人员的设备处于同一网段，即设置静态IP地址的最后一段不同，前三段保持一致；终端与无线模块连接同一路由器；然后，准备工作完成之后操作人员打开操作界面，确认远程客户端的操作系统正常运行；启动智能机器人，并把其放置在工作区域，通过界面的操作按钮控制小车的速度与方向，也可以给一个初速度和初始运动方向，机器人根据核心控制板中存储的路径规划算法进行自主运动；然后，机器人在目标区域开始工作后，传感器组把测得的温湿度、光照强度、有毒气体浓度数据传输给Zigbee无线模块的CC2530芯片，控制模块经过电路中元件的处理，所测得的电压量转换为电流量放置在控制芯片的存储单元中；激光雷达对周围环境进行扫描，在核心控制板的树莓派3B的系统中生成2维的栅格地图，并把生成地图模型的点云数据传送给Zigbee无线模块的存储单元中；考虑到激光雷达的扫描频率，设置Zigbee无线模块传输给客户端的时间间隔为激光雷达扫描频率的倒数；Zigbee无线通信模块按照设置好的传输时间，把存储单元中的数据以无线传输的方法发送给客户端；然后，操作人员在客户端界面观察无线传输的温湿度、光照强度、有毒气体浓度数据，掌握目标区域的实时情况，并做出判断；在客户端观察实时更新的地图数本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种远程探测机器人，其特征在于，包括：传感器组、激光雷达、控制模块、Zigbee无线通信模块；其中，所述传感器组与所述控制模块通信连接，用于采集物理环境信息；所述激光雷达与所述控制模块通信连接，用于采集环境的三维点云数据；所述控制模块，用于根据所述三维点云数据生成栅格地图，存储和处理所述物理环境信息，以及根据用户的控制指令进行自主导航；所述Zigbee无线通信模块与所述控制模块通信连接，用于将所述栅格地图、物理环境信息发送给远程的终端界面，以及将用户的控制指令发送给所述控制模块。

【技术特征摘要】
1.一种远程探测机器人，其特征在于，包括：传感器组、激光雷达、控制模块、Zigbee无线通信模块；其中，所述传感器组与所述控制模块通信连接，用于采集物理环境信息；所述激光雷达与所述控制模块通信连接，用于采集环境的三维点云数据；所述控制模块，用于根据所述三维点云数据生成栅格地图，存储和处理所述物理环境信息，以及根据用户的控制指令进行自主导航；所述Zigbee无线通信模块与所述控制模块通信连接，用于将所述栅格地图、物理环境信息发送给远程的终端界面，以及将用户的控制指令发送给所述控制模块。2.根据权利要求1所述的远程探测机器人，其特征在于，所述传感器组，包括：MQ2有毒气体传感器、DS18B20温度传感器、DHT11湿度传感器、光敏传感器。3.根据权利要求1所述的远程探测机器人，其特征在于，所述物理环境信息，包括：有毒气体浓度、温湿度、光照强度。4.根据权利要求1所述的远程探测机器人，其特征在于，所述激光雷达装载于组装的远程探测机器人的顶端。5.根据权利要求1所述的远程探测机器人，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：华容，王华鲜，
申请(专利权)人：上海应用技术大学，
类型：发明
国别省市：上海,31