一种遥操作机器人自驱动采样系统及采样方法技术方案

本发明专利技术涉及一种遥操作机器人自驱动采样系统，所述系统由遥操作机器人、传感机构、数据缓冲区、数据处理模块、信号发生器、时钟模块、中央处理器模块、执行机构、信息显示模块及通信模块组成，传感机构与执行机构安装在遥操作机器人上，数据缓冲区、数据处理模块、信号发生器、时钟模块依次连接后与传感机构相连接，传感机构包括传感器和摄像头，传感机构采样的数据经通信网络传输至中央处理器模块，中央处理器模块的控制命令经通信网络传输至执行机构。执行机构为一个零阶保持器。同时本发明专利技术公开了该系统的采样方法。本发明专利技术通过设置数据缓冲区、数据处理模块、信号发生器、时钟模块、中央处理器模块等，并通过合理连接各物理设备，实现对遥操作机器人自驱动采样。硬件连接关系简单，自驱动采样实现方法简便易行，可减小网络负载并改善遥操作机器人的操作性能，具有实际应用和推广价值。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种遥操作机器人自驱动采样系统及方法。属于遥操作机器人网络化控制及采样

技术介绍
遥操作机器人是指在人的操纵下能应用到原子能技术、空间技术、深海作业等人类难以接近的环境中完成比较复杂的精细操作的一种远距离操作系统。在遥操作机器人系统中，传感机构采样遥操作机器人的状态，并通过通信网络将相应信息传输至中央处理器 模块，而中央处理器模块的控制信号也会经过通信网络传输至遥操作机器人的执行机构。遥操作机器人通常要经由公用网络发送及接收数据，若传感机构的采样周期为常数，则在机器人状态没发生变化或状态变化不大时，传感机构发送重复或近似重复的信号，这样造成了信道的浪费并增加了网络负载；而当机器人状态频繁发生变化时，传感机构所发送的数据可能远不能满足需要，并对遥操作机器人的控制性能产生负面影响。因此，如何实现遥操作机器人的自驱动采样，减小网络负载及发生网络拥塞的可能性，并改善遥操作机器人的性能是一个十分有价值的问题。专利申请号为201010225437. 7，专利技术名称为“一种核化侦察遥操作机器人的遥控装置”的专利，它“通过无线通信网络远程控制机器人进行核化侦察，包括中央处理器模块、电源模块、命令输入模块、电台通信模块及信息显示模块”。专利申请号为200910145179. 9，名称为“遥操作机器人丢包补偿系统及其实现方法”的专利技术专利，它“通过对空闲网络信道的充分利用，大大降低了网络时延及数据包丢失的负面影响并提高了遥操作机器人系统的抗干扰性能”。以上两个专利技术未考虑遥操作机器人控制过程中的采样问题。专利申请号为201110024869. 6，专利技术名称为“一种可改变采样频率的传感器设备及其控制方法”的专利，它“根据感应装置感知到的信息正常与否来自动调整信号采集装置的采集频率并进行信息处理”。该专利技术中改变采样频率的依据是感应装置感知到的信息正常与否。专利申请号为201110226878. 3的专利技术专利“公开了一种支持多种采样率的蓝牙立体声的实现方法和装置”。以上专利均没有从根本上解决问题。
技术实现思路
专利技术目的本专利技术的目的是构造一种自驱动采样系统以便减小网络负载及发生网络拥塞的可能性，并改善遥操作机器人的操作性能，同时本专利技术提供了该系统的采样方法。技术方案本专利技术为实现上述目的，采用如下技术方案一种遥操作机器人自驱动采样系统，所述系统由遥操作机器人、传感机构、数据缓冲区、数据处理模块、信号发生器、时钟模块、中央处理器模块、执行机构、信息显示模块及通信模块组成，传感机构与执行机构安装在遥操作机器人上，数据缓冲区、数据处理模块、信号发生器、时钟模块依次连接后与传感机构相连接，传感机构包括传感器和摄像头，传感机构采样的数据经通信网络传输至中央处理器模块，中央处理器模块的控制命令经通信网络传输至执行机构。执行机构为 一个零阶保持器。通信模块既包括交换机等信号收发装置，也包括通信网络。信息显示模块与中央处理器模块相连，其功能是显示遥操作机器人当前运行的速度、方向、机械手关节角度、遥操作机器人周边视频图像等信息。一种遥操作机器人自驱动采样系统的采样方法，包括以下步骤I)传感机构采样数据，并进行计数；2)传感机构发送数据，并进行计数；3)时钟模块根据采样数据的计数与发送数据的计数调整采样周期。传感机构采样数据与发送数据的计数通过设置在时钟模块中的计数器n、i实现，当传感机构采样一次数据，η赋值为η+1 ;若传感机构只是采样而未发送数据，i赋值为O ;当传感机构发送一次数据，η赋值为0，i赋值为i+1。数据缓冲区用于存储传感机构最近发送的数据；数据处理模块计算新采样的数据与数据缓冲区中存储的数据的差值，当该差值的2范数超过a(0〈a〈0. 5)时，传感机构发送数据。步骤3中时钟模块调整采样周期的步骤如下I)在每次传感机构发送或采样数据后，时钟模块读取n、i值；2)时钟模块将n、i值与内置的m(0〈m〈5)值进行比较，当n=m+l时，时钟模块将采样周期h赋值为h+Λ (0<Δ<0. 5h)，同时将η赋值为O ;当i=m时，时钟模块将采样周期h赋值为h-△，同时将i赋值为O。有益效果本专利技术在以一种遥操作机器人自驱动采样系统及方法为背景的基础上，通过设置数据缓冲区、数据处理模块、信号发生器、时钟模块、中央处理器模块等，并通过合理连接各物理设备，实现对遥操作机器人自驱动采样。本专利技术中用于自驱动采样的硬件连接关系简单，自驱动采样实现方法简便易行，可减小网络负载并改善遥操作机器人的操作性能，具有实际应用和推广价值。附图说明图I是本专利技术的遥操作机器人自驱动采样系统硬件连接关系图。图2是本专利技术的自驱动采样工作流程图。具体实施例方式下面结合说明书附图对本专利技术进行进一步详述本专利技术所述一种遥操作机器人自驱动采样系统，由遥操作机器人、传感机构、数据缓冲区、数据处理模块、信号发生器、时钟模块、中央处理器模块、执行机构、信息显示模块及通信模块等组成。本专利技术同时公开了一种遥操作机器人自驱动采样方法调整采样周期以实现对信道的最优利用。本专利技术按照附图I中的连接方式对遥操作机器人自驱动采样系统中的各装置进行硬件连接。为便于采样遥操作机器人运动速度、方向、机械手关节角度等数据及机器人周边的视频图像，将传感器和摄像头等装置安装在遥操作机器人上；同时，为了获得更加全面的机械手关节角度数据及视频图像，可以安装多个传感器及摄像头。执行机构为一个零阶保持器，其功能是在收到新的控制输入之前，该装置一直将最近收到的控制信号作用在遥操作机器人上。传感机构、数据缓冲区、数据处理模块、信号发生器及时钟模块按附图I中的方式进行连接，且时钟模块会反馈信号至传感机构。数据缓冲区用于存储传感机构最近发送的数据；假设两次采样数据的差值的2范数的阈值为a(0〈a〈0. 5)。数据处理模块的功能是确定采样数据是否需要发送至中央处理器模块，每当传感机构采样到新的数据时，数据处理模块计算新采样的数据与数据缓冲区中存储的数据的差值，当该差值的2范数超过a时，说明在该采样周期内遥操作机器人的状态发生了较大变化，该采样数据需要发送至中央处理器模块，此时信号发生器发送信号至传感机构，以便把最近采样的数据发送至中央处理器模块，同时，传感机构按照时钟模块的指令调整采样周期或保持采样周期不变；若该差值的2范数未超过a，则传感机构不发送最近采样的数据，且按照时钟模块的指令调整采样周期或保持采样周期不变。时钟模块与传感机构相连，且它们之间的信号传递方向为双向的。时钟模块具有定时、记忆和比较功能，引入时钟模块的目的是用于确定传感机构采样周期的大小。设当前采样周期长度为h，计数器n、i赋值初始值为零。传感机构每采样一次数据，η赋值为η+1 ；传感机构每发送一次数据，η赋值为O, i赋值为i+Ι ;如果传感机构某一次米样未被发送，i赋值为O。传感机构每采样及发送一次数据，时钟模块都会根据以上准则计算计数器η、i的值并比较η与m+Ι之间的大小关系，以及i与m之间的大小关系。当n=m+l时,说明传感机构最近m次采样的数据都未被发送，同时说明遥操作机器人近一段时间内的状态变化较小，则时钟模块发送驱动信号至传感机构，将采样周期长度更改为h+Λ，以便在加大采样周期的长度的同时减小网络负载及发生网络拥塞的可本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种遥操作机器人自驱动采样系统，其特征在于：所述系统由遥操作机器人、传感机构、数据缓冲区、数据处理模块、信号发生器、时钟模块、中央处理器模块、执行机构、信息显示模块及通信模块组成，传感机构与执行机构安装在遥操作机器人上，数据缓冲区、数据处理模块、信号发生器、时钟模块依次连接后与传感机构相连接，传感机构包括传感器和摄像头，传感机构采样的数据经通信网络传输至中央处理器模块，中央处理器模块的控制命令经通信网络传输至执行机构。

【技术特征摘要】
1.一种遥操作机器人自驱动采样系统，其特征在于所述系统由遥操作机器人、传感机构、数据缓冲区、数据处理模块、信号发生器、时钟模块、中央处理器模块、执行机构、信息显示模块及通信模块组成，传感机构与执行机构安装在遥操作机器人上，数据缓冲区、数据处理模块、信号发生器、时钟模块依次连接后与传感机构相连接，传感机构包括传感器和摄像头，传感机构采样的数据经通信网络传输至中央处理器模块，中央处理器模块的控制命令经通信网络传输至执行机构。2.基于权利要求I所述的一种遥操作机器人自驱动采样系统，其特征在于执行机构为一个零阶保持器。3.基于权利要求I所述的一种遥操作机器人自驱动采样系统，其特征在于通信模块既包括交换机等信号收发装置，也包括通信网络。信息显示模块与中央处理器模块相连，其功能是显示遥操作机器人当前运行的速度、方向、机械手关节角度、遥操作机器人周边视频图像等信息。4.一种基于权利要求I所述的一种遥操作机器人自驱动采样系统的采样方法，其特征在于包括以下步骤 1)传感机构采样数据，并进行计数； 2)传感机构发送数据，并进行计数；...

【专利技术属性】
技术研发人员：王玉龙，王天宝，常晓恒，张大伟，杜昭平，车伟伟，王恒，戚爱春，
申请(专利权)人：江苏科技大学，
类型：发明
国别省市：