一种公共安全移动机器人系统及公共安全移动机器人

摘要

本发明涉及一种公共安全移动机器人系统，包括移动机器人和远程控制终端；所述远程控制终端包括手持装置和移动控制背包；所述手持装置包括按键摇杆模块、主控板和显示模块；所述移动控制背包包括封装在包体中的工控机、电源模块和背包通讯模块；背包通讯模块用于与移动机器人进行无线通讯；所述移动机器人包括机器人本体以及设置于机器人本体上的主控模块、本体通讯模块、底盘驱动模块、机械臂驱动模块、云台驱动模块和多个摄像头。移动机器人还可与移动控制背包进行有线/无线通讯方式的切换。本发明的远程控制终端由手持装置和移动控制背包组成，方便携带和使用，操作者可以边行走边操控，增加了机器人的工作半径，解决了移动式巡检问题。

说明书

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，尤其涉及一种公共安全移动机器人 系统、移动控制背包、远程控制终端及公共安全移动机器人。

背景技术

暴力恐怖袭击呈现出环境复杂多变、形式多样化、科技含量高的 新态势，传统手段已不能完全满足反恐斗争的需要。在这样的背景下， 针对不同类型的任务和作业环境，采用相应的公共安全移动机器人， 尤其是反恐排爆机器人，可以协助公安和武警部队执行任务，不仅可 以有效地减少人员伤亡，而且能够对暴恐袭击的新特点、新形式作出 及时反应，提高任务成功率。

目前，移动机器人按照操作方法，可以分为两种：第一种是远程 操控型机器人，在可视条件下进行人为操作，也就是人是司令，移动 机器人是命令执行官；第二种是自动型移动机器人，先把程序编入磁 盘，再将磁盘插入机器人身体里，让机器人能分辨出什么是危险物品， 以便排除险情。第二种由于成本较高，所以很少用，一般是在很危急 的时候才会使用。对于第一种移动机器人而言，远程控制终端由于设 有工控机，并且工作时间长，通常在控制室进行操控，或者通过大型 的移动控制设备进行控制，以保障有充足的电量来执行长时间的巡检 任务，因此往往远程控制的灵活性和便携性较差。

因此，亟待开发一种能够更便携地实现移动式巡检的公共安全移 动机器人系统。

发明内容

本发明针对上述现有技术的不足，提供一种公共安全移动机器人 系统、移动控制背包、远程控制终端及公共安全移动机器人。

为了解决上述技术问题，本发明第一方面，提供了一种公共安全 移动机器人系统，包括移动机器人和远程控制终端；所述远程控制终 端包括手持装置和移动控制背包；

所述手持装置包括按键摇杆模块、主控板和显示模块；所述主控 板与所述按键摇杆模块连接，用于将按键摇杆模块接收的控制指令发 送给移动控制背包的工控机；

所述移动控制背包包括封装在包体中的工控机、电源模块和背包 通讯模块；所述移动控制背包中电源模块通过电源线连接至所述手持 装置的主控板，所述主控板为所述显示模块供电；所述工控机分别通 过数据线连接至所述手持装置的主控板和显示模块进行数据传输；所 述背包通讯模块用于与移动机器人进行无线通讯；

所述移动机器人包括机器人本体以及设置于所述机器人本体上的 主控模块、本体通讯模块、底盘驱动模块、机械臂驱动模块、云台驱 动模块和多个摄像头；所述机器人本体包括移动底盘，以及安装在所 述移动底盘上的机械臂和云台；所述主控模块与本体通讯模块连接， 用于接收所述移动控制背包的工控机发出的控制指令并上传通过所述 多个摄像头采集的视频数据；所述主控模块还用于根据所述控制指令 发送信号给所述底盘驱动模块、机械臂驱动模块和云台驱动模块，以 分别控制移动底盘、机械臂和云台的运行。

在根据本发明所述的公共安全移动机器人系统中，优选地，所述 机械臂驱动模块包括用于控制机械臂的腰、肩、肘和腕的臂部驱动板， 以及用于控制机械臂的手爪旋转和张合的手爪驱动板。

在根据本发明所述的公共安全移动机器人系统中，优选地，所述 多个摄像头包括：

安装于所述云台上的云台摄像头；

安装于机器人本体前部的车体摄像头；

安装于机械臂上的手臂摄像头。

在根据本发明所述的公共安全移动机器人系统中，优选地，所述 机器人本体上还安装有卷扬机，用于通过提供线缆与所述移动控制背 包进行有线通讯。

在根据本发明所述的公共安全移动机器人系统中，优选地，所述 机械臂以快插的方式固定在移动底盘的前端中间位置；所述云台以快 插的方式固定在机器人本体的右后侧；所述卷扬机以快插的方式固定 在机器人本体的左后侧。

在根据本发明所述的公共安全移动机器人系统中，优选地，所述 移动控制背包的包体包括遥控器仓、主控仓和充电器仓；所述遥控器 仓靠近背部设置，且所诉遥控器仓内部设有防振软垫用于容纳并固定 所述手持装置；所述主控仓用于容纳所述工控机、背包通讯模块和电 源模块，其中所述工控机和背包通讯模块置于主控箱中，所述电源模 块置于电池盒中，所述电池盒置于所述主控仓底部，所述主控箱叠放 于所述电池盒上方；所述充电器仓位于所述包体的外侧，用于容纳电 池充电器。

在根据本发明所述的公共安全移动机器人系统中，优选地，所述 工控机还用于控制手持装置的显示模块以二维动画的方式实时显示移 动机器人的每个运动关节所处的位姿。

在根据本发明所述的公共安全移动机器人系统中，优选地，所述 工控机还用于检测移动机器人的每个运动关节是否发生干涉情况，是 则进行报警。

本发明第二方面，提供了一种移动控制背包，包括封装在包体中 的工控机、电源模块和背包通讯模块；所述移动控制背包中电源模块 通过电源线连接至手持装置的主控板；所述工控机分别通过数据线连 接至手持装置的主控板和显示模块进行数据传输；所述背包通讯模块 用于与机器人本体进行无线通讯。

本发明第三方面，提供了一种远程控制终端，包括手持装置和移 动控制背包；

所述手持装置包括按键摇杆模块、主控板和显示模块；所述主控 板与所述按键摇杆模块连接，用于将按键摇杆模块接收的控制指令发 送给工控机；

所述移动控制背包包括封装在包体中的工控机、电源模块和背包 通讯模块；所述移动控制背包中电源模块通过电源线连接至所述手持 装置的主控板，所述主控板为所述显示模块供电；所述工控机分别通 过数据线连接至所述手持装置的主控板和显示模块进行数据传输；所 述背包通讯模块用于与移动机器人进行无线通讯。

本发明第四方面，提供了一种公共安全移动机器人，包括：机器 人本体以及设置于所述机器人本体上的主控模块、本体通讯模块、底 盘驱动模块、机械臂驱动模块、云台驱动模块和多个摄像头；所述机 器人本体包括移动底盘，以及安装在所述移动底盘上的机械臂和云台； 所述主控模块与本体通讯模块连接，用于接收所述移动控制背包的工 控机发出的控制指令并上传通过所述多个摄像头采集的视频数据；所 述主控模块还用于根据所述控制指令发送信号给所述底盘驱动模块、 机械臂驱动模块和云台驱动模块，以分别控制移动底盘、机械臂和云 台的运行。

实施本发明的公共安全移动机器人及其系统、移动控制背包和远 程控制终端，具有以下有益效果：本发明提供了一种能够实现移动式 巡检的公共安全移动机器人系统，其远程控制终端由手持装置和移动 控制背包组成，方便携带和使用，操作者可以边行走边操控机器人执 行作业任务，大大增加了机器人的工作半径，解决了移动式巡检问题。

附图说明

图1为根据本发明的系统中公共安全移动机器人系统的模块框图；

图2为根据本发明优选实施例提供的公共安全移动机器人的结构 图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结 合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、 完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不 是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没 有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明 保护的范围。

请参阅图1，为根据本发明优选实施例提供的公共安全移动机器人 系统的模块框图。如图1所示，本发明第一方面，提供了一种公共安 全移动机器人系统，包括移动机器人100和远程控制终端。

其中，远程控制终端包括手持装置200和移动控制背包300。

手持装置200包括按键摇杆模块210、主控板220和显示模块230。 主控板220与按键摇杆模块210连接，用于将按键摇杆模块210接收 的控制指令发送给移动控制背包300的工控机310。显示模块230包括 液晶屏和液晶屏驱动芯片。操作者通过按键摇杆对机器人进行各种控 制操作，并通过液晶屏实时显示移动机器人100的各种信息，包括但 不限于移动机器人采集的音视频数据和移动机器人的位姿。

移动控制背包300包括封装在包体中的工控机310、电源模块320 和背包通讯模块330。移动控制背包300中电源模块320通过电源线连 接至手持装置200的主控板220，再由主控板220为显示模块230供电。 工控机310通过数据线例如UART连接至手持装置200的主控板220。 工控机310还通过数据线例如HDMI连接至手持装置200的显示模块 230。工控机310通过背包通讯模块330与移动机器人100进行无线通 讯。

移动机器人100包括机器人本体以及设置于所述机器人本体上的 控制装置。请结合参阅图2，为根据本发明优选实施例提供的公共安全 移动机器人的结构图。如图2所示，机器人本体至少包括移动底盘1， 以及安装在移动底盘1上的机械臂2和云台3。控制装置包括主控模块110以及与之连接的：本体通讯模块120、底盘驱动模块130、机械臂 驱动模块140、云台驱动模块150和多个摄像头。所述多个摄像头包括 但不限于：安装于云台1上的云台摄像头41，安装于机器人本体前部 的车体摄像头42，安装于机械臂2上的手臂摄像头43。优选地，移动 机器人100还具有本体电源模块160。

主控模块110与本体通讯模块120和多个摄像头连接，用于接收 移动控制背包300的工控机310发出的控制指令，并将通过所述多个 摄像头采集的视频数据上传给工控机310。

主控模块110还用于根据接收的控制指令发送信号给底盘驱动模 块130、机械臂驱动模块140和云台驱动模块150，以分别控制移动底 盘1、机械臂2和云台3的运行。主控模块110还与本体电源模块160 连接，控制电源模块160为各个子模块供电。

由此可见，本发明的远程控制终端由手持装置200和移动控制背 包300组成，方便携带和使用，操作者可以边行走边操控机器人执行 作业任务，大大增加了机器人的工作半径，解决了移动式巡检问题。

下面对本发明的移动机器人100进行详细介绍。

移动底盘1作为稳定的移动平台，可以搭载各个功能模块。移动 底盘1由底盘驱动模块130驱动行走，具有良好的动力性能，可以爬 30°坡、楼梯，可防水、耐火、耐高温等，可穿越障碍，为侦查，排 爆排险，消防功能做好了动力储备。优选地，移动底盘1采用履带式底盘，解决了在沙地、林地、山地、楼梯、公路等多种环境下稳定行 走的的问题。

机械臂2由机械臂驱动模块140驱动运行。优选地，可以快插的 方式固定在移动底盘的前端中间位置。机械臂2包括手臂和手爪，手 臂腰、肩、肘和腕关节。相应地，机械臂驱动模块140包括用于控制 机械臂的腰、肩、肘和腕的臂部驱动板，以及用于控制机械臂的手爪 旋转和张合的手爪驱动板。在具体的实施例中，机械臂2具有1.6m的 臂展，满展时可抓取8公斤危险物，手爪末端可更换钳、钩、锥、剪、 耙等五种工具。机械臂2上装有手臂摄像头43。优选地，机械臂2同 时配备高压水枪炮6，具备爆破能力，高压水枪炮6可以模块化快插的 形式装在机械臂2上，并且高压水枪炮2的位置也可更换成另一个手 臂摄像头43。移动底盘1的机械臂2为模块化设置，可以根据执行任 务不同快速拆卸，安装其他模块。

云台3上配备有云台摄像头41。优选地，云台3以快插的方式固 定在机器人本体的右后侧。云台3自带旋转和俯仰两个自由度。云台3 由云台驱动模块150。在具体实施例中，云台摄像头41采用高清一体 化相机实现，支持20倍光学变焦。相机配备冷光灯、暖光灯、红外灯， 可以实现全方位、全天候、远距离高清侦查。

优选地，机器人本体上还安装有卷扬机5，用于通过提供线缆与移 动控制背包300进行有线通讯。优选地，卷扬机5以快插的方式固定 在机器人本体的左后侧。卷扬机5可以携带野战铠装光纤，实现机器 人的有线通讯功能。因此，远程控制终端与移动机器人100之间可通 过有线/无线模式进行通讯，当进行无线通讯时，远程控制终端的移动 控制背包300中的背包通讯模块330与移动机器人携带的本体通讯模 块120进行点对点通讯，实现音视频信号、控制信号的无线传输，最 大传输距离可达500米。当切换到有线通讯时，只需将移动机器人100 携带的卷扬机5的线缆插接固定在移动控制背包330的工控机310上， 系统自动切换到有线通讯，此时音视频信号、控制信号、其他信号均 通过有线光缆传输，实现移动机器人100与远程控制终端的通讯。本 发明的公共安全移动机器人系统的无线通讯可达500米，有线通讯为 1.5km，支持4路视频和控制指令同时传输，分辨率最大可达720p，延 迟不足0.2s，图传清晰稳定。因此，本发明在移动机器人100在遇到 信号干扰时，操作者可切换到有线通讯模式，通过光缆实现遥控器和 机器人之间的通讯，抗干扰能力大大增强。

本发明的公共安全移动机器人系统具有良好的人机交互功能。移 动机器人100主要用于实现运动、侦查、任务执行等功能，手持装置200则实时显示移动机器人100采集的音视频等环境信息，并通过摇杆 按键对移动机器人100进行运动控制和速度控制。优选地，移动控制 背包300的工控机310可以控制手持装置200的显示模块230以二维 动画的方式实时显示移动机器人100的每个运动关节所处的位姿。例 如，移动机器人100上通过编码器和位置传感器采集各个关节的角度， 并反馈到工控机310，再以图像化语言(二维动画)通过显示模块230 进行显示。更优选地，工控机310还用于检测移动机器人100的每个 运动关节是否发生干涉情况，是则进行报警，方便操作者实时了解移 动机器人所处的状态。手持装置200支持4路视频同时显示，清晰度 可达480P，支持单路放大，可达720P，便于操作者从各个角度观察目 标区域。此外，操作者通过手持装置200和移动机器人可和目标区域 的人进行语音交互、播放广播和宣传语等。

移动控制背包300可以采用普通的背包，也可以采用特殊设计的 包体结构。优选地，移动控制背包的包体具有遥控器仓、主控仓和充 电器仓，其中遥控器仓和主控仓为大仓，充电器仓为小仓。

(1)遥控器仓靠近背部设置，且所诉遥控器仓内部设有防振软垫 用于容纳并固定手持装置200。防振软垫可保证用户在行进过程中对手 持装置200避震，位置相对固定不会产生剧烈晃动，与此同时保证手 持装置200外表面与背包侧面不会相对摩擦，保护手持装置200的外 表面漆不被刮花。

(2)主控仓用于容纳工控机310、背包通讯模块330和电源模块， 320。其中工控机310和背包通讯模块330置于主控箱中，电源模块320 包括电池置于电池盒中。电池盒置主控仓底部，主控箱(附带天线结 构)叠放于电池盒上方。

(3)充电器仓位于包体的外侧，用于容纳电池充电器。电池充电 器体积较小且使用频率较低，可以单独放置在背包的小仓中。

本发明的公共安全移动机器人系统具有以下核心功能：

1、移动式侦查作业功能：公共安全移动机器人系统展开后，操作 者背移动控制背包300，手持遥控器即手持装置200，移动机器人上电 开机，选择有线/无线工作模式，操作者可根据任务需要选择原地驻守， 操控机器人执行侦察排爆任务，也可在行进中控制移动机器人执行侦 查排爆任务，这种边移动边操作的模式，在减轻操作者负担的基础上， 大大增加了移动机器人的工作半径。

2、通信功能：移动机器人100的各模块的功能和动作的正常运行、 遥控器的正常控制和显示都是靠通信功能来完成的。机器人系统的通 信功能有线和无线来实现，在现场有频率干扰的情况下应用有线操作， 电缆线的长度为1.5km能达到一般现场处置需要的安全距离；在比较 空旷且无需频率干扰的情况下，使用无线连接，可视距离小于500m， 在现场操作使用中比较灵活不受电缆的拘束。

3、视频图像功能：公共安全移动机器人系统共有4路视频图像， 手持装置200可以根据不同现场情况的需要，来改变视频模式，同时 可控制视频图像的质量、清晰度、缩放等；其中云台3的一体化相机 起到关键作用，它可以全方位的观察周围环境，使移动机器人100有 一个安全操作的空间，变焦和照明功能能够定位到机器人的抓取目标； 机械臂手爪可设置2路摄像头，在使用手爪工作的情况下能够清楚的 观察到手爪的位置以及状态，使操作更为方便、可靠；移动底盘上安 装的车体摄像头，在机器人行走过程中，能清楚的观察到地面以及前 方道路情况，以及在地面抓取物体时能准确的判断手爪的位置、状态， 使机器人行走和地面抓取有了更大保障。其中，手爪的位置通过人眼 根据需要判断，在极限位置通过判断电流大小来判断抓紧力的大小。 另外为方便侦查，配备了夜视灯、冷光灯、暖光灯、红外灯等，方便 机器人进行全天候侦查作业。

4、夜间照明功能：移动机器人100的照明主要包含云台照明和底 盘照明，云台照明通过LED灯和红外线灯来实现近景照明，分别有LED 照明、红外线照明、LED+红外线照明这三种模式，对机器人在夜间和 灰暗的环境下，保证了机器人的正常工作。底盘照明通过远光灯、红 外灯来实现，远光灯能够照亮5米以外的景物，红外灯能够帮助底盘 摄像头捕捉夜晚的景象。针对不同的地形、气候等外界环境，通过远 近光、红外光等模式切换，使操作更加的方便化，摆脱了性能的单一 化。

5、行驶控制功能：移动机器人的行驶主要依靠OCU来遥控命令， 手持装置200使用起来相对比较方便简单，每个摇杆都一一对应了机 器人的每一个运动部位以及活动关节，四个方向分别对应机器人的前 进、后退、原地左转、原地右转。推动手柄向前或向后运动时快速地 将手柄推动到左边或右边可以实现机器人的大转弯，及向前走时有向 左或向右转。以及机器人的车速也可以根据情况来调节快、慢。

6、手臂关节控制功能：移动机器人的机械臂是抓取物体的最主要 的执行机构。机械臂的手臂采用模块化结构组合，每个模块都有不同 的旋转角度，使手爪能多方位运动和抓取。在操作中灵活使用好手臂 功能会给操作者带来更多的方便，给处置节约更多的时间。但是在手 臂使用过程中，每次的伸展都要有翻转臂来配合，控制好重心避免俯 仰。手臂关节的每一个运动范围都设有保护，是为了更好的防止手臂 对车体以及云台的碰撞。

7、遥测功能：移动机器人100在进行远程遥控操作时，手持装置 200上实时显示机器人虚拟动态，操作者通过手持装置200即可确定移 动底盘1、机械臂2、云台3等各关节所处的方位、角度，方便操作者 及时了解移动机器人100的最新动态，及时调整移动机器人100姿态， 避免机器人倾覆、碰撞等问题的出现。移动机器人100本身具备防倾 覆功能，当机器人所处位姿存在倾覆危险时，移动机器人100立即停 止当前动作，原地待命。

8、模块化扩展：机械臂2、云台3作为功能模块，搭载在移动底 盘1上，以实现侦查、危险排除、武装打击等功能，机械臂2、云台3 通过标准的控制接口来实现通讯。通过将机械臂2、云台3等拓展成X 光机、生命探测仪等其他功能模块，移动机器人1的功能也扩展成消防、救援等，通过标准的控制接口，公共安全移动机器人系统可扩展 成多种。

本发明还相应提供了一种公共安全移动机器人，即如前所述的移 动机器人100。此外，还提供了如前所述的移动控制背包300、手持装 置200和远程控制终端。

本发明的公共安全移动机器人可以作为排爆机器人使用，用于处 置或销毁爆炸可疑物，避免不必要的人员伤亡。它可用于多种复杂地 形进行排爆。主要用于代替排爆人员搬运、转移爆炸可疑物品及其它 有害危险品；代替排爆人员使用爆炸物销毁器销毁炸弹；代替现场安 检人员实地勘察，实时传输现场图像；可配备散弹枪对犯罪分子进行 攻击；可配备探测器材检查危险场所及危险物品。

应该理解地是，本发明的公共安全移动机器人系统基于本发明提 供的公共安全移动机器人，因此对公共安全移动机器人系统的具体实 施例的阐述也适用于公共安全移动机器人。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而 非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领 域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技 术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修 改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方 案的精神和范围。