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1、第3期(总第160期)机械工程与自动化No132010年6月MECHANICALENGINEERING&AUTOMATIONJun1文章编号:167226413(2010)0320160202煤矿井下探测机器人远程控制系统邓勇军,牛志刚,刘晓恒,王 梁(太原理工大学机械工程学院,山西 太原 030024)摘要:提出了一种基于网络电台传输图像和数据的煤矿井下探测机器人远程控制系统设计方案,构建了硬件平台,开发了机器人端程序和远程客户端程序,实现了机器人自主运动与遥操作控制相结合,适于完成煤矿井下探测任务的机器人。关键词:煤矿;探测机器人;远程控制;视频监控中图分类号:TP24212
2、文献标识码:A0 引言的远程控制方式分为直接控制(完全遥操作)和监督控近年来,我国煤矿安全生产形势总体有所好转,但制(半自主远程操作和自主遥操作)两种。在本系统中,依然很严峻。机器人技术的飞速发展和其应用领域的对用户提供直接控制和监督控制两种方式,用户可以不断拓展,使机器人应用于煤矿,完成井下探测成为根据控制需要,将机器人对井下环境的自主适应能力可能。无论是煤开采过程中,还是矿难发生后,煤矿与遥操作结合起来,实现对机器人的远程控制。井下探测机器人在减少人员伤亡和财产损失方面都可以发挥巨大作用,对其研究具有重要的现实意义。本文以太原理工大学机器人实验室研制的煤矿井下探测机器人为控制对象,
3、根据煤矿井下探测的工作特点和任务要求,设计了煤矿井下探测机器人远程控制系统。1 煤矿井下探测机器人机器人本体为履带式移动机器人,其结构示意图如图1所示。该机器人采用分段式履带,由步进电机驱动,且履带形状双向可变,使机器人对煤矿井下复杂环境具有很强的适应能力,具有很好的移动能力和图1 机器人本体结构示意图可靠性,为环境探测、远程控制的完成搭建了一个机211 系统主要功能动性好、可靠性高的机械移动平台。其车载PC是一台远程控制系统主要完成的功能有:①实现远程客研华ARK-5280(855GMEöDDRö串口ö2USBö户端对井下机器人的实时监控,用户可以通过视频监PCMCIAöRJ-45)
4、嵌入式工控机。车载PC上装有研控实时观察机器人在井下的工作状况,通过机器人各华PCL-839+三轴运动控制卡、PCI-1710HG多功种传感器反馈的信息,确定井下环境信息及机器人运能数据采集卡和Osprey-210视频采集卡等辅助硬动情况;②根据机器人传感器反馈的信息,传输系统件,同时与安装在机器人本体上的美国MDSinet900向井下机器人发出控制指令,同时可以设置机器人的网络电台相连接。机器人传感器包括SONYEVI-某些参数,完成状态的检测与变换等;③实现远程客D100PCCD彩色视频摄像机、碰撞传感器、瓦斯传感户端与机器人端的人机交互,完成与机器人的通信。器、生命探测传感器、温
5、度传感器、红外传感器等。机212 系统总体结构器人采用电池供电,同时配套有照明设备等。煤矿井下探测机器人远程控制系统分为3个子系2 煤矿井下探测机器人远程控制系统统:本地机器人控制子系统、中间层子系统和远程客根据机器人智能程度的高低,可以将移动机器人收稿日期:2009209224;修回日期:2010202223作者简介:邓勇军(19832),男,山西吕梁人,在读硕士研究生,研究方向为机器人技术。2010年第3期 邓勇军,等:煤矿井下探测机器人远程控制系统·161·户端子系统。系统总体结构如图2所示。括状态信息的发送和控制命令的接收);解析并执行命令,完成对机器人的控制
6、;摄像机的图像采集与发送。它主要由图像采集子线程、图像发送子线程和接收控制命令子线程来完成,机器人端程序流程如图3所示。远程客户端程序的主要功能是:实现人机交互功能,实时显示摄像机采集的机器人运动视频信息和环境信息,与机器人端程序进行通信,完成控制命令的传输。它主要由视频接收子线程、视频显示子线程和远程控图2 远程控制系统结构示意图制子线程来完成。客户端视频传输流程图如图4所示。本地机器人控制子系统包括机器人本体、车载PC(同时也充当视频服务器)和视频采集设备。主要实现机器人的本地控制,同时接收客户端经由中间层传来的控制命令,以及负责将机器人本体的相关信息经由中间层反馈至客户端,使远端
7、的用户能够随时掌握机器人当前的状态。视频采集设备利用摄像机对现场场景和机器人的运动状态进行摄像,视频图像经处理和压缩后被发送给远程客户端,完成客户端页面上视频图像的更新,使远程控制者能够对机器人状态和现场环境进行监控。中间层子系统是一个中介系统,为视频传输子系统,主要完成与客户端子系统以及机器人本地控制子系统的交互,同时实现视频的实时传输。远程客户端子系统核心为远程控制计算机,是用户直接与之交互的部分,它接收用户的输入,从中间层子系统获取传感数
