一种面向大数据的四足仿生机器人综合操控系统的制作方法

1.本发明属于四足仿生机器人领域，具体涉及一种面向大数据的四足仿生机器人综合操控系统。


背景技术：

2.四足仿生机器人具有较高的机动性能，可根据不同地形环境在走、跑、跳、攀爬等多种运动模式间灵活切换，并具有较强的奔跑、爬坡、越障、跳跃等方面的运动能力。此外，机器人上可搭载机械臂、可见光相机、激光雷达、危险物识别等载荷，极大地扩展了四足仿生机器人的应用。其基于智能视觉环境感知建立3d地图帮助机器人完成全局导航规划避障的同时辅助其本体规划控制，极大地提高了机器人应对外部环境干扰的能力，同时也能完成对目标跟踪识别、危险气体检测等多种工业巡检场景需求；机器人搭载的柔性机械臂能完成对重物的抓取，并能与图形系统深度结合自主完成阀门开关、自主开门、倒地恢复等复杂逻辑功能，大幅提高足式机器人的自主执行任务能力。基于此，机器人的操控系统需要应对机器人在不同环境的运动要求，且需要适应机器人上搭载的多种载荷的操控要求，对机器人的操控系统提出综合挑战。
3.目前，对四足仿生机器人的操控主要是采用手柄或掌机等通过wifi或电台直连机器人，操控方式也是通过点击操控终端屏幕结合手柄按键、摇杆等进行行走和作业操控，较为单一；另外，现有机器人运动作业过程数据都是通过计算机直连机器人的方式获取，获取困难，且在故障发生后再进行数据获取时故障不易复现，数据不具备实时性和代表性。


技术实现要素：

4.(一)要解决的技术问题
5.本发明要解决的技术问题是如何提供一种面向大数据的四足仿生机器人综合操控系统，以解决现有操控系统操控方式单一，机器人及其上载荷超大量数据获取和存储困难的状况。
6.(二)技术方案
7.为了解决上述技术问题，本发明提出一种面向大数据的四足仿生机器人综合操控系统，该系统包括操控终端、本地数据库、近场通信设备、机器人及其上载荷、远场通信设备、云端服务器和云端数据库；操控终端为手柄接触式操控终端；
8.在机器人上部署近场通信设备，手柄接触式操控终端通过近场通信连接机器人上近场通信设备，采用多种操控方式收发对机器人及其上载荷的指令，并接收机器人及其上载荷反馈的信息和回传的视频和图像，将机器人及其上载荷的相关数据存储在本地数据库；
9.在机器人上和手柄接触式操控终端部署远场通信设备，在云端服务器上部署远场通信设备，手柄接触式操控终端、机器人通过远场通信连接云端服务器；
10.手柄接触式操控终端按照一定的规则协议向云端服务器上传操控终端数据，手柄
接触式操控终端通过近场通信控制机器人行走、作业的相关数据上传云端服务器，云端服务器将接收的数据存储在云端数据库；
11.云端服务器，部署在网络上，用于远程接入、数据存储、数据分析、综合展示、信息管控和远程控制机器人，用户通过云端服务器获取机器人的相关数据，对云端服务器进行操控，并远程对机器人进行操控。
12.进一步地，所述近场通信设备是由wifi客户端和wifi路由器组成互连的一套对应设备，或由wifi客户端、成套的图数传电台、路由器组成的一套对应设备。
13.进一步地，所述远场通信设备是由wifi客户端、成套的远距离图数传电台、路由器组成的一套对应设备，或由手柄接触式操控终端、机器人和云服务器上部署的公网或私网4g/5g通讯装置组成对应的设备。
14.进一步地，所述多种操控方式包括手柄接触式操控终端直接连接机器人并通过手柄收发指令，通过语音、视觉、手环手势连接手柄接触式操控终端进而收发指令，以及通过在机器人身上部署视觉相机，直接采集操控人员的动作进行控制。
15.进一步地，所述指令包括控制机器人蹲起、站立、行走、跑跳的指令，控制机器人上机械臂抓取、移动、放置指令，控制危险物检测启动的指令，以及控制视频获取和回传图像的指令。
16.进一步地，所述反馈的信息包括机器人当前定位、行走步态、速度、关节位置的期望值和实际值、关节扭矩的期望值和实际值，告警故障信息，以及其上载荷的告警信息如人脸识别、危险物识别、险情识别、机械臂的判断。
17.进一步地，所述回传的视频和图像包括机器人上可见光、红外视频和激光雷达点云图像。
18.进一步地，机器人及其上载荷的告警、监听信息等经由近场通信方式直接反馈至手柄接触式操控终端的ui界面上；而机器人及其上载荷的视频/图片、感知和地图信息经由近场通信回传至手柄接触式操控终端，手柄接触式操控终端对其进行解码后显示在终端的ui界面上。
19.进一步地，该系统从操控到底层驱动包括五层，分别是操控访问层、交互层、业务层、数据层和硬件设备层，在交互层和业务层间采用权限控制，在操控访问层、数据层和硬件设备链路都与云端服务器进行连接和数据交互；
20.操控访问层为手柄接触式操控终端及其上对应机器人和载荷操控的相关软件，是整个操控系统功能的体现，包括手柄接触式操控、语音操控、设备手势操控和视觉操控；
21.交互层所指为对操控访问层的指令进行分析、模块调用、指令的发送接收、协议接口的确定和调用，包括模块引擎、发送/接收模块和http/socket协议；
22.业务层所指为机器人及其上载荷具体完成的功能，包括连接、当前状态获取、行为、机器人的移动、前方目标识别、路径规划、机器人定位、机器人自主行走，跟随动作、载荷控制的相关作业动作，机器人及其上载荷的安全信息和作业告警信息；
23.数据层所指为各种数据库，包括收发的数据交互池、指令交互池，调用硬件上的函数库、对硬件进行事件监听的数据库、以及与硬件相连的通信链路库；
24.硬件设备是指为机器人上的各种设备，包括机器人本体、机身上载荷、网络通信设备、视觉设备、雷达设备和危险物辨识设备。
25.进一步地，所述权限控制为身份用户的识别控制、交互层调用控制、业务分发流程和反馈的的权限控制。
26.(三)有益效果
27.本发明提出一种面向大数据的四足仿生机器人综合操控系统，本发明在操控模式上，实现了手柄、语音、视觉等多种模式对机器人及其上载荷进行操控；在数据集成、展示和应用上，可将四足仿生机器人测试、行走、作业过程中机器人本体及其上载荷的多类型数据存储至操控终端，或通过操控终端和机器人上远场通信设备等将多类型数据上传至云端服务器，云端服务器可通过计算机客户端登录，进行远程操作。通过本发明所提的综合操控系统，加强了不同工况下多模式操控仿生机器人的能力，并可获取仿生机器人运动和作业过程超大量的数据，依此对机器人和载荷进行分析和改进，为仿生机器人研制的持续提升和优化提供数据支撑，并为仿生机器人数字孪生系统构建提供数据保障。
附图说明
28.图1为本发明的功能模块原理图；
29.图2为本发明中详细业务流程图；
30.图3为本发明中系统运行架构图。
具体实施方式
31.为使本发明的目的、内容和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
32.本发明涉及四足仿生机器人技术领域，尤其涉及到四足仿生机器人综合操控。本发明所提的一种面向大数据的四足仿生机器人综合操控系统包括操控终端、近场通信设备、远场通信设备、机器人和其上载荷的接收装置、云端服务器。所述的操控终端，包括手柄接触式操控、语音操控、设备手势、视觉等多种模式操控设备；所述的综合操控系统，采用不同的操控终端发送对机器人和其上载荷的操控指令，通过wifi/图数传一体电台等近场通信设备连接机器人，获取机器人及其上载荷反馈的信息并进行综合展示；所述的操控终端可将获取的反馈进行选择性存储，并可使用4g/5g、图数传一体电台等远场通信装置通过操控终端连接云端服务器，按照规定的协议和通讯接口控制反馈信息、机器人及其上载荷信息上传至云端服务器；所述的云端服务器可以通过计算机客户端登录，进行远程的数据分析、信息管控、远程控制机器人等操作。本发明所提的一种面向大数据的四足仿生机器人综合操控系统，实现了手柄、语音、视觉等多种模式对机器人及其上载荷进行操控，且将四足仿生机器人测试、行走、作业过程中机器人本体和其上载荷的多类型数据存储至操控终端，或通过操控终端和机器人上远场通信设备等将多类型数据上传至云端服务器。云端服务器可通过计算机客户端登录，进行远程操作。通过本发明所提的综合操控系统，加强了不同工况下多模式操控仿生机器人的能力，并可获取仿生机器人运动过程超大量的数据，依此进行分析和改进，为仿生机器人研制的持续提升和优化提供数据支撑，并为仿生机器人数字孪生系统构建提供数据保障。
33.针对四足仿生机器人现有操控系统操控方式单一，机器人及其上载荷超大量数据获取和存储困难的状况，本发明提出了一种面向大数据的四足仿生机器人综合操控系统，
结合近场通信常规控制和远场通信信息管控，进行多种模式操控，将数据本地存储和云端存储，可实现手柄、语音、视觉等多种模式对机器人及其上载荷进行操控，且将四足仿生机器人测试、行走、作业过程中机器人本体和其上载荷的多类型数据存储至操控终端，或通过操控终端和机器人上远场通信设备等将多类型数据上传至云端服务器。云端服务器可通过计算机客户端登录，进行远程操作。
34.为了实现上述所提运动控制方法，本发明所采用的技术方案为：
35.本发明的面向大数据的四足仿生机器人综合操控系统包括操控终端、本地数据库、近场通信设备、机器人及其上载荷、远场通信设备、云端服务器和云端数据库；操控终端为手柄接触式操控终端；
36.在机器人上部署近场通信设备，手柄接触式操控终端通过近场通信连接机器人上近场通信设备，采用多种操控方式收发对机器人及其上载荷的指令，并接收机器人及其上载荷反馈的信息和回传的视频和图像等，将机器人及其上载荷的相关数据存储在本地数据库，并控制机器人及其上载荷通过远场通信将数据存储在云端服务器上；
37.在机器人上和手柄接触式操控终端部署远场通信设备，在云端服务器上部署远场通信设备，手柄接触式操控终端、机器人通过远场通信连接云端服务器；手柄接触式操控终端按照一定的规则协议向云端服务器上传操控终端数据，手柄接触式操控终端通过近场通信控制机器人行走、作业的相关数据上传云端服务器，云端服务器将接收的数据存储在云端数据库；
38.云端服务器，是指部署在网络上的独立或公用的服务器，通过公网或私网接入，其上具备远程接入、数据存储、数据分析、综合展示、信息管控、远程控制机器人等功能，用户可以通过云端服务器的客户端获取机器人的相关数据，对云端服务器进行操控，并远程对机器人进行一些开关机，定位等简单操控。
39.其中，
40.所述的近场通信设备，可以由wifi客户端和wifi路由器组成互连的一套对应设备，也可以由wifi客户端、成套的图数传电台、路由器组成的一套对应设备；
41.所述的远场通信设备，可以由wifi客户端、成套的远距离图数传电台、路由器组成的一套对应设备，也可由操控终端、机器人和云服务器上部署的公网或私网4g/5g通讯装置组成对应的设备；
42.所述的多种操控方式，包括但不限于手柄接触式操控终端直接连接机器人并通过手柄收发指令，通过语音、视觉、手环手势连接手柄接触式操控终端进而收发指令；另外，也可通过在机器人身上部署视觉相机，直接采集操控人员的动作进行控制；
43.所述指令的收发，包括但不限于控制机器人蹲起、站立、行走、跑跳的指令，控制机器人上机械臂抓取、移动、放置指令，控制危险物检测启动的指令，控制视频获取和回传图像的指令等；
44.所述反馈的信息，包括但不限于机器人当前定位、行走步态、速度、关节位置的期望值和实际值、关节扭矩的期望值和实际值，告警故障信息，其上载荷的告警信息如人脸识别、危险物识别、险情识别、机械臂的判断等；
45.所述回传的视频和图像，包括但不限于机器人上可见光、红外视频、激光雷达点云图像等的回传并在操控终端上解码和展示的功能；
46.参阅图1所示，本发明实施例提供一种面向大数据的四足仿生机器人综合操控系统，其功能模块包括操控终端、本地数据库、近场通信设备、机器人及其上载荷、远场通信设备、云端服务器、云端数据库；
47.参阅图2所示，本发明实施例的控制方式是：通过手柄接触式操控终端、设备手势、语音等经由wifi/电台连接机器人上的近场通信设备，对机器人发送行为动作指令，对机器人上激光雷达、危险物识别、机械臂等发送载荷控制指令。机器人及其上载荷在行走作业过程中的运行信息和告警信息按照反馈协议经由近场通信返回至操控终端，操控终端可以灵活地选取部分或全部数据存储至本地；机器人及其上的可见光、激光雷达、红外等成像设备将获取的图像信息编码后经由近场通信设备将数据包发送至操控终端，操控终端对数据包进行解码后再ui界面上展示。此外，操控终端上配置有4g/5g、图数传一体电台设备与云端服务器连接，机器人上也配置有4g/5g、图数传一体电台与云端服务器连接，操控终端按照一定的规则协议控制操控终端上数据和机器人上本体和载荷数据上传至云端服务器，供用户进行信息管控、综合展示和远程控制使用。
48.参阅图3，本发明实施例的系统运行架构从操控到底层驱动包括五层，分别是操控访问层、交互层、业务层、数据层、硬件设备层，在交互层和业务层间采用权限控制，在操控访问层、数据层和硬件设备链路都与云端服务器进行连接和数据交互。
49.具体的，实施例中的操控访问层所指为手柄接触式操控终端及其上对应机器人和载荷操控的相关软件，是整个操控系统功能的体现，包括手柄接触式操控、语音操控、设备手势操控、视觉操控等；
50.具体的，实施例中的交互层所指为对操控访问层的指令进行分析、模块调用、指令的发送接收、协议接口的确定和调用等。包括模块引擎、发送/接收模块，http/socket协议等；
51.具体的，实施例中的业务层所指为机器人及其上载荷具体完成的功能，包括连接、当前状态获取、行为、机器人的移动、前方目标识别、路径规划、机器人定位、机器人自主行走，跟随动作、载荷控制的相关作业动作，机器人及其上载荷的安全信息和作业告警信息等；
52.具体的，实施例中的权限控制所指为身份用户的识别控制、交互层调用控制、业务分发流程和反馈的的权限控制等；
53.具体的，实施例中的数据层所指为各种数据库，包括收发的数据交互池、指令交互池，调用硬件上的函数库、对硬件进行事件监听的数据库、与硬件相连的通信链路库等；
54.具体的，实施例中的硬件设备是指为机器人执行端各种设备，包括机器人本体、机身上载荷、一些网络通信设备如4g路由器、电台、连接上层和机器人的中间件、一些三方设备如视觉、雷达、危险物辨识等。硬件设备为从操控终端顶层下发的指令的实际执行端，是设计者和用户最终使用的功能需求。
55.具体的，实施例中的云端服务器所指为部署在公网或私网的硬件服务器和实现相关功能模块的软件和平台。实现包括远程接入、数据存储、数据分析、综合展示、信息管控、对机器人的远程控制等；
56.对操控访问层的指令进行分析、模块调用、指令的发送接收、协议接口的确定和调用等。包括模块引擎、发送/接收模块，http/socket协议等；
57.实施例1：
58.一种面向大数据的四足仿生机器人综合操控系统,综合操控系统包括操控终端、近场通信设备、远场通信设备、机器人和其上载荷的接收装置、云端服务器；
59.进一步地，所述的操控终端上安装有机器人操控软件，在操控软件的ui界面上通过wifi/图数传一体电台的近场通信装置，连接机器人和其上的载荷。操控终端按照操作逻辑发出控制指令，通过近场通信装置发送至机器人和载荷，执行相应动作；
60.进一步地，所述的操控终端包括但不限于手柄平板类接触式操控、语音操控、设备手势操控和基于视觉的操控，其中手柄平板类接触式操控是必须存在的；
61.进一步地，机器人及其上载荷的告警、监听等信息等经由近场通信方式直接反馈至手柄接触式操控终端的ui界面上；而机器人及其上载荷的视频/图片、感知和地图信息等经由近场通信回传至手柄接触式操控终端，手柄接触式操控终端对其进行解码后显示在终端的ui界面上；
62.进一步地，云端服务器是部署在网络上的独立或公用的服务器，可通过公网或私网接入，其上具备远程接入、数据存储、数据分析、综合展示、信息管控、远程控制机器人等功能，用户可以通过云端服务器的客户端获取机器人的相关信息，对服务器进行操控，并远程对机器人进行一些开关机，定位等简单操控。
63.进一步地，手柄接触式操控终端通过4g/5g、图数传一体电台等远场通信方式连接至云端服务器，按照设定的规则流程，将机器人和其上载荷的行为动作数据、感知信息以特定的协议发送至云端服务器，同时，亦可由机器人上的4g/5g、图数传一体电台设备连接至云端，由手柄接触式操控终端进行数据上传设定后，直接从机器人将数据传至云端服务器；
64.与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
65.本发明所提的一种面向大数据的四足仿生机器人综合操控系统，在操控模式上，实现了手柄、语音、视觉等多种模式对机器人及其上载荷进行操控；在数据集成、展示和应用上，可将四足仿生机器人测试、行走、作业过程中机器人本体及其上载荷的多类型数据存储至操控终端，或通过操控终端和机器人上远场通信设备等将多类型数据上传至云端服务器，云端服务器可通过计算机客户端登录，进行远程操作。通过本发明所提的综合操控系统，加强了不同工况下多模式操控仿生机器人的能力，并可获取仿生机器人运动和作业过程超大量的数据，依此对机器人和载荷进行分析和改进，为仿生机器人研制的持续提升和优化提供数据支撑，并为仿生机器人数字孪生系统构建提供数据保障。
66.以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。