一种履带式环境探测机器人系统技术方案

本发明专利技术公开了一种履带式环境探测机器人系统，包括机器人载体和控制机器人载体工作的控制端，所述机器人载体包括工控机和动力模块，所述动力模块包括直流电机、驱动直流电机的驱动模块、编码器、齿轮箱和履带，所述机器人载体还包括与控制端进行无线通信的无线电台模块、用于检测风速的风速模块和用于检测风向的风向模块，所述无线电台模块、风速模块和风向模块分别与所述工控机相连；所述控制端设有给机器人载体发送控制命令的发送端，所述机器人载体上设有接收控制端发送命令的接收端，使得工作人员在远离危险环境的情况下，也可以探测当地的环包括气象要素在内的环境信息，以供特殊情况下正确决策使用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种履带式机器人，更具体地说是一种履带式环境探测机器人系统。
技术介绍
随着国民经济和社会的迅速发展，突发气象灾害对社会造成的危害越来越大，建设气象灾害监测预警与应急系统工程是全面提升气象防灾减灾应急响应能力的需要。而现在的气象站大多数是固定的，在一些恶劣的、人到不了的环境中，却无法监测到其气象要素和环境状况；或者在环境恶劣的室内，无法检测到其内部的环境状况。设计满足应急气象环境监测服务需求的移动式自动气象站，采集实时气象要素，可以为突发气象灾害以及其它环境灾害提供气象决策服务。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题是提供一种能自主状态和遥控状态下实时监测环境信息的履带式环境探测机器人系统。为解决上述技术问题，本专利技术提供一种履带式环境探测机器人系统，包括机器人载体和控制机器人载体工作的控制端，所述机器人载体包括工控机和动力模块，所述动力模块包括直流电机、驱动直流电机的驱动模块、编码器、齿轮箱和履带，所述机器人载体还包括与控制端进行无线通信的无线电台模块、用于检测风速的风速模块和用于检测风向的风向模块，所述无线电台模块、风速模块和风向模块分别与所述工控机相连；所述控制端设有给机器人载体发送控制命令的发送端，所述机器人载体上设有接收控制端发送命令的接收端；进一步地，本专利技术一种履带式环境探测机器人系统中，所述机器人载体还包括用于检测温度的温度模块和检测湿度的湿度模块，所述温度模块和湿度模块分别与工控机相连， 将检测的温湿度信息发送给工控机进行处理。进一步地，本专利技术一种履带式环境探测机器人系统中，所述风向模块为光电型风向传感器。进一步地，本专利技术一种履带式环境探测机器人系统中，所述机器人载体还包括检测光辐射的辐射模块，所述辐射模块与工控机相连，将检测到的光辐射信息发送给工控机进行处理。进一步地，本专利技术一种履带式环境探测机器人系统中，所述机器人载体还包括用于测定周围障碍物距离的障碍检测模块，该障碍检测模块为超声波模块、红外模块中或两者组合。进一步地，本专利技术一种履带式环境探测机器人系统中，所述机器人载体还包括摄像机和用于控制摄像机运动的云台模块；所述云台模块与工控机相连。进一步地，本专利技术一种履带式环境探测机器人系统中，所述工控机包括数据采集模块、图像压缩模块和控制模块。进一步地，本专利技术一种履带式环境探测机器人系统中，所述控制端包括图像识别模块、环境数据分析模块和地图构建模块。本专利技术与现有技术相比，具有以下显著的优点(1)本专利技术履带式环境探测机器人系统中的机器人载体具有在自主状态下工作也可以在遥控状态下工作的双重工作方式， 使得工作人员在远离危险环境的情况下，也可以探测当地的环包括气象要素在内的环境信息，以供特殊情况下正确决策使用；(2)本专利技术采用视频及地图构建的形式将探测的周围环境更能准确反映实际情况给工作人员。附图说明图1为本专利技术履带式环境探测机器人系统的结构框图。图2为本专利技术履带式环境探测机器人系统中机器人载体的内部结构示意图。图3为本专利技术履带式环境探测机器人系统中机器人载体的结构示意图。附图标号说明1电池、2工控机、3驱动模块、4直流电机、5障碍检测模块、6云台、7摄像机、8无线电台、9风速传感器、10风向传感器、11测试盒。具体实施例方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的描述。如图1、图2、图3所示，本专利技术一种履带式环境探测机器人系统，包括机器人载体和控制机器人载体工作的控制端，所述机器人载体包括工控机2、动力模块和为整个机器人载体供电的可充电电池1，所述动力模块包括直流电机4、驱动直流电机的驱动模块3、编码器、齿轮箱和履带，所述机器人载体还包括与控制端进行无线通信的无线电台8、用于检测障碍物距离的障碍检测模块5、用于检测风速的风速传感器9、用于检测风向的风向传感器 10、集成有温度传感器、湿度传感器以及辐射计的测试盒11、摄像头7和控制摄像头运动的云台6，所述无线电台8、风速传感器9、风向传感器10、测试盒11分别与所述工控机2相连； 所述控制端设有给机器人载体发送控制命令的发送端，所述机器人载体上设有接收控制端发送命令的接收端；当发生端发出执行命令，机器人载体上的接收端接收信号后立即停止自主运动，通过控制端来控制机器人载体运动；当发生端不发送执行命令或者丢失控制命令时，机器人载体则处于自主回溯漫游状态或通过预先设定好的路径进行环境探测。障碍检测模块5为红外传感器和超声波传感器，将红外传感器、超声波传感器检测到的信息发送给工控机，工控机负责接收和分析各种红外、超声波数据，采用合理的对应的避障策略，计算相应的控制数据，利用超声波传感器信息来进行栅格地图的创建方法。由于机器人的运动误差是累积的，所以先前信息要比后来信息要准确可信，在地图构建时，本专利技术充分利用先前信息做校验工作。首先把周围环境在地图上划分为一个个空白的栅格， 把机器人首次运行的位置定义为地图原点，正前方定义为Y坐标，正右方定义为X坐标；然后，在机器人行走时，根据机器人电机上的编码器的信息，获得机器人的坐标和方向信息 (位姿)，并且根据方向传感器获得校验方向的信息，机器人机器人身上的多个超声波传感器和红外传感器不断的运行，获得对应栅格是否有障碍物的初步信息，当有多个传感器都初步确定某个栅格中存在障碍物时，就确定该栅格存在障碍物，标注在栅格地图上面，从而获得一张带有是否存在障碍物的栅格地图；由于机器人在行走时，再根据先前确定的障碍物的边缘点来判断自己的位姿信息需要补偿，从而利用先前信息来校验后来信息；最后机器人不断的用超声波传感器和红外传感器探索未知环境，并通过先前栅格地图信息以及方向传感器的信息不断的校验自己的位姿，可以比较准确的构建地图。再把测量到气象信息与地图结合起来，得到一个带有当时的气象信息的当地的二维地图。云台6控制摄像头7不停的转动检测环境信息，将检测到的图像信号发送给工控机2，工控机2接收摄像模块采集的图像信号，经过图像压缩模块压缩后通过无线电台发送给控制端。无线电台8能使控制端和机器人载体能够在远距离的范围内传输信号，其距离可以达到在数公里，其带宽支持视频信号的传输。风速模块中的风速传感器9采用的是杯式风速传感器，具体来说是低惯性轻金属风杯，随着风旋转，带动其同轴截光盘转动，以光电子扫描输出脉冲串，输出相应于转数的脉冲频率对应值。工控机接收风速的数据，然后转换成对应的风速，最终显示给用户。风向模块中的风向传感器采用的是光电型的风向传感器10，具体来说采用低惯性轻金属的风向标响应风向，带动同轴码盘的转动，码盘按照格雷码的形式编码并且以光电子扫描，输出对应风向的信号，工控机收到信号后，转换成对应的风向，最终显示给用户。温度传感器采用的是数字式的温度传感器DS18B20，它直接测量环境的温度，并且把温度信息以数字信号传出。工控机上的采集板接收到信号后，转换成对应的温度，最终显示给用户。辐射模块中的辐射传感器采用的是硅光电探测器，它把光的强度转化成对应的电压值，然后以模拟信号的形式传输给工控机中的数据采集卡，工控机计算出对应的辐射信息，然后显示给用户。电池采用可充电锂电池组，能够对机器人提供连续工作数小时所需的电源，其电压直接对电机模块供电，采用二级稳压芯片产生其他电压的提供给其他模块，提供其工作的能量本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种履带式环境探测机器人系统，包括机器人载体和控制机器人载体工作的控制端，所述机器人载体包括工控机和动力模块，所述动力模块包括直流电机、驱动直流电机的驱动模块、编码器、齿轮箱和履带，其特征在于：所述机器人载体还包括与控制端进行无线通信的无线电台模块、用于检测风速的风速模块和用于检测风向的风向模块，所述无线电台模块、风速模块和风向模块分别与所述工控机相连；所述控制端设有给机器人载体发送控制命令的发送端，所述机器人载体上设有接收控制端发送命令的接收端。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：胡凯，曹晶晶，成羽，
申请(专利权)人：南京信息工程大学，
类型：发明
国别省市：84