一种消防水下机器人的制作方法

1.本技术涉及机器人功率控制技术领域，特别是涉及一种消防水下机器人。


背景技术：

2.消防救生水下机器人是一种大功率水下机器人，峰值功率高达10kw。消防救生水下机器人除了需要具有实时的大功率运动操控能力以外，还需要能够加载多种传感器，机械臂等附件用以实现不同的功能，因此，对于机器人的控制电路来说，还需要提供丰富的低速与高速数字接口，用以接入传感器、机械臂等，还需要机器人具备较高的算力，用于处理各种传感器数据以及相关的算法。现有技术中，机器人主要是以单一的高速处理器为核心的控制电路，其在实现大功率实时性运动控制时，很难兼顾与高软件复杂度的传感器数据处理算法。
3.前面的叙述在于提供一般的背景信息，并不一定构成现有技术。


技术实现要素：

4.鉴于以上所述现有技术的缺点，本技术的目的在于提供一种消防水下机器人，实现高功率电路与高速信号并存的电路，其具有信号完整性与电源完整性，可以非常有效的提高系统的鲁棒性，保证高功率运动控制的实时有效性，以及高速数字电路的信号完整性。
5.本技术提供一种消防水下机器人，所述消防水下机器人包括：
6.数字信号接口系统，用于监控并获取所述机器人的状态信息；
7.算力算法处理系统，用于根据所述状态信息进行运算处理生成针对所述机器人的控制信息；
8.高功率控制系统，用于根据所述控制信息对所述机器人进行控制。
9.根据本技术的一个实施方式，所述数字信号接口系统，包括：
10.传感器模块，用于对所述机器人进行监控并获取所述机器人的状态信号；
11.信号接口模块，用于将所述传感器模块获取的状态信号通过所述信号接口模块传输至信号处理模块；
12.信号处理模块，用于将所述传感器模块获取的状态信号转换成状态信息；
13.第一通信模块，用于将所述状态信息输出至算力算法处理系统进行处理。
14.根据本技术的一个实施方式，所述信号接口模块，包括：以太网接口、电力线载波接口、usb接口、type-c接口、can接口以及uart接口中的至少一个。
15.根据本技术的一个实施方式，所述传感器模块包括以下至少一种：湿度传感器、温度传感器、陀螺仪、地磁传感器、加速度传感器。
16.根据本技术的一个实施方式，所述状态信息包括以下至少一种：温度信息、湿度信息、姿势信息、方向信息、倾角信息。
17.根据本技术的一个实施方式，所述算力算法处理系统，包括，
18.核心处理模块，用于根据所述状态信息生成针对所述机器人的控制信息，其中所
述控制信息包括导航控制信息和/或功率控制信息；
19.第二通信模块，用于接收所述数字信号接口系统输出的状态信息，以及输出所述核心处理模块生成的所述控制信息。
20.根据本技术的一个实施方式，所述核心处理模块包括：
21.gpu处理单元，用于根据所述状态信息生成针对机器人的导航控制信息；
22.多核处理器，用于根据所述状态信息生成针对机器人的功率控制信息。
23.根据本技术的一个实施方式，所述高功率控制系统，包括：
24.第三通信模块，用于接收所述算力算法处理系统输出的所述控制信息；
25.功率控制处理模块，用于对所述控制信息进行处理生成控制指令，其中，所述控制指令包括功率控制指令和/或导航控制指令；
26.电源控制模块，用于根据所述功率控制指令控制向所述机器人提供大功率电源；
27.电机控制模块，用于根据所述导航控制指令控制所述机器人进行移动。
28.根据本技术的一个实施方式，所述功率控制处理模块还用于监控所述高功率控制系统的电路工作状态，当所述电路工作状态为异常状态时，则通过所述第三通信模块对所述异常状态进行输出。
29.根据本技术的一个实施方式，所述算力算法处理系统分别与所述数字信号接口系统、所述功率控制系统之间通过uart接口和/或can接口进行通信。
30.如上所述，本技术的消防水下机器人，具有以下有益效果：
31.本技术技术方案采用分层电路框架，使得消防水下机器人通过三个具有独立处理器的子系统，实现高功率电路与高速信号并存的电路，保证高功率运动控制的实时有效性，以及高速数字电路的信号完整性。另一方面，采用多个子系统耦合的方式，方便进行远程控制以及便于对机器人进行升级和维护。
附图说明
32.为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
33.图1为本技术实施例的消防水下机器人的结构示意图。
34.图2为本技术实施例的数字信号接口系统的结构示意图。
35.图3为本技术实施例的算力算法处理系统的结构示意图。
36.图4为本技术实施例的高功率控制系统的结构示意图。
具体实施方式
37.这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本技术相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本技术的一些方面相一致的装置和方法的例子。
38.需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排
他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素，此外，本技术不同实施例中具有同样命名的部件、特征、要素可能具有相同含义，也可能具有不同含义，其具体含义需以其在该具体实施例中的解释或者进一步结合该具体实施例中上下文进行确定。
39.应当理解，尽管在本文可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本文范围的情况下，第一信息也可以被称为第二信息，类似地，第二信息也可以被称为第一信息。取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在
……
时”或“当
……
时”或“响应于确定”。再者，如同在本文中所使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”旨在也包括复数形式，除非上下文中有相反的指示。应当进一步理解，术语“包含”、“包括”表明存在所述的特征、步骤、操作、元件、组件、项目、种类、和/或组，但不排除一个或多个其他特征、步骤、操作、元件、组件、项目、种类、和/或组的存在、出现或添加。本技术使用的术语“或”、“和/或”、“包括以下至少一个”等可被解释为包括性的，或意味着任一个或任何组合。例如，“包括以下至少一个：a、b、c”意味着“以下任一个：a；b；c；a和b；a和c；b和c；a和b和c”，再如，“a、b或c”或者“a、b和/或c”意味着“以下任一个：a；b；c；a和b；a和c；b和c；a和b和c”。仅当元件、功能、步骤或操作的组合在某些方式下内在地互相排斥时，才会出现该定义的例外。
40.应该理解的是，虽然本技术实施例中的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，其可以以其他的顺序执行。而且，图中的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段，这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，其执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其他步骤或者其他步骤的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。
41.取决于语境，如在此所使用的词语“如果”、“若”可以被解释成为“在
……
时”或“当
……
时”或“响应于确定”或“响应于检测”。类似地，取决于语境，短语“如果确定”或“如果检测(陈述的条件或事件)”可以被解释成为“当确定时”或“响应于确定”或“当检测(陈述的条件或事件)时”或“响应于检测(陈述的条件或事件)”。
42.需要说明的是，在本文中，采用了诸如s1、s2等步骤代号，其目的是为了更清楚简要地表述相应内容，不构成顺序上的实质性限制，本领域技术人员在具体实施时，可能会先执行s4后执行s3等，但这些均应在本技术的保护范围之内。
43.应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。
44.在后续的描述中，使用用于表示元件的诸如“模块”、“部件”或者“单元”的后缀仅为了有利于本技术的说明，其本身没有特定的意义。因此，“模块”、“部件”或者“单元”可以混合地使用。
45.参阅图1所示，为本技术实施例的消防水下机器人的结构示意图。本技术的消防水下机器人，包括：数字信号接口系统，算力算法处理系统，高功率控制系统，其中算力算法处理系统分别通过uart接口或can接口实现与数字信号接口系统和高功率控制系统的通信连接。
46.在本技术的实施例中，为了避免通过单一的高速核心处理器实现大功率实时运动控制的同时，还兼顾运行高复杂度的传感器数据处理算法，本技术机器人采用分层电路框架，每层电路均采用适合该层功能的独立子系统。本技术的机器人中通过数字信号接口系统对该机器人的状态信息进行监控，并且获取机器人的状态信息，例如获取机器人的湿度信息、温度信息、机器人的姿态信息、机器人的方向信息、机器人的倾斜状态等。在获取到状态信息之后，机器人的算力算法处理系统根据该获取的状态信息进行运算处理，生成针对该机器人的控制信息，并发送给机器人的高功率控制系统，高功率控制系统执行接收到的控制信息，对机器人进行控制。
47.在本技术的一个实施例中，数字信号接口系统还可以监测到的机器人的状态信息发送至远程控制端进行显示，同时接收来自远程控制端输入的控制信息，并经由算力算法处理系统将该控制信息发送至高功率控制系统；在本技术的另一个实施例中，该机器人还通过数字信号接口系统将算力算法处理系统运算得到的控制信息发送至机器人的远程控制端进行显示，并通过数字信号接口系统接收来自远程控制端的确认信息或者对该控制信息进行调整之后的控制信息，并将确认后的控制信息或者调整之后的控制信息经由算力算法处理系统发送至高功率控制系统执行。在本技术实施例中，机器人通过例如以太网、电力线载波、无线通讯网络如4g、5g等通信方式，将状态信息或控制信息发送给远程控制端时。
48.在本技术的一个实施例中，该机器人的内部还设置有显示系统，用于将数字信号接口系统监控到的状态信息以及将算力算法处理系统生成的控制信息实时进行显示，以方便操作人员随时掌握机器人的工作状态、所处的环境状态等，同时还能够输入相应的控制信息及时对机器人进行控制，以及对算力算法处理系统生成的控制信息进行调整，以方便更好的控制该机器人。
49.参考图2所示，为本技术实施例的数字信号接口系统的结构示意图。本技术数字信号接口系统，包括：传感器模块、信号接口模块、信号处理模块、以及第一通信模块，其中信号处理模块通过信号接口模块，例如：usb接口或type-c接口或can接口或uart接口等，与传感器模块连接，信号处理模块通过第一通信模块将数字信号接口系统监控到的状态信息进行输出至算力算法处理系统。
50.在本技术的实施例中，该机器人的数字信号接口系统通过传感器模块监控机器人的状态信号，例如，通过设置在机器人内部温度传感器监控机器人内部的温度信息；通过设置在机器人内部的湿度传感器监控机器人内部的湿度信息；通过陀螺仪传感器监控机器人在水中的姿态信息；在例如，通过地磁传感器检测机器人在水中的方向信息，可以通过感应地磁线确定机器人头部的朝向；以及，在例如，通过加速度传感器，监控机器人的倾斜状态及加速信息等。在数字信号接口系统通过传感器监控到机器人的相关状态信号之后，通过信号接口模块将这些状态信号发送给信号处理模块，信号处理模块将传感器监控获得的电信号转换成数字信号，即，通过信号处理模块的处理等到机器人当前的状态信息，在通过设置在数字信号接口系统的第一通信系统发送给算力算法处理系统进行运算处理。
51.在本技术的一个实施例中，数字信号接口系统还通过设置的如以太网接口，电力线载波接口、无线通讯网络如4g、5g等将信号处理模块处理得到的机器人当前的状态信息发送至远程控制端，同时还接收来自远程控制端的输出的控制信息。
52.参考图3所示，为本技术实施例的算力算法处理系统的结构示意图。本技术算力算
法处理系统，包括，
53.核心处理模块，用于根据所述状态信息生成针对所述机器人的控制信息，其中所述控制信息包括导航控制信息和/或功率控制信息；
54.第二通信模块，用于接收所述数字信号接口系统输出的状态信息，以及输出所述核心处理模块生成的所述控制信息。
55.在本技术的实施例中，机器人的算力算法处理系统通过设置的第二通信模块接收数字信号接口系统发送的状态信息，通过核心处理模块基于该状态信息运算，例如，核心处理模块的gpu处理单元通过对数字信号接口系统中地磁传感器获取的方向信息进行运算，生成针对机器人的导航控制信息，通过第二通信接口将该导航控制信息发送给高功率控制系统以控制机器人按照该导航控制信息进行移动；例如，核心处理模块通过多核处理器通过对陀螺仪获取的机器人在水中的姿态信息进行运算，生成针对机器人的姿态进行调整的功率控制信息，并通过第二通信接口输出给高功率控制系统，用于调整机器人恢复至正常的姿势状态；在例如，核心处理模块通过多核处理器通过对加速度传感器获取到的机器人的倾斜信息和加速度信息等进行运算，生成针对机器人调整姿态以及调整加速度的功率控制信息，并通过第二通信模块输出至高功率控制系统，以使控制机器人以高功率状态进行移动以及调整姿态恢复至正常状态。
56.参考图4所示，为本技术实施例的高功率控制系统的结构示意图。本技术高功率控制系统，包括：
57.第三通信模块，用于接收所述算力算法处理系统输出的所述控制信息；
58.功率控制处理模块，用于对所述控制信息进行处理生成控制指令，其中，所述控制指令包括功率控制指令和/或导航控制指令；
59.电源控制模块，用于根据所述功率控制指令控制向所述机器人提供大功率电源；
60.电机控制模块，用于根据所述导航控制指令控制所述机器人进行移动。
61.在本技术的实施例中，机器人的高功率控制系统在通过第三通信模块接收到来自算力算法处理系统的控制信息之后，通过功率控制处理模块对该控制信息进行解析处理，当得到针对机器人控制指令为电源控制指令，且为切换到高功率电源控制指令时，通过高功率控制系统的电源控制模块执行该电源控制指令对机器人提供大功率的电源传输，在一种较优的实施例中，当机器人同时拥有通过蓄电池提供的直流电源和通过电力线载波的交流电源作为机器人提供能力源时，当功率控制处理模块解析到的控制指令为大功率控制指令，则通过电源控制模块控制断开机器人的直流电源，切换到交流电源，进一步的，可以通过对交流电源进行升压，实现对机器人提供大功率的动能。另一种实施方式中，当得到的电源控制指令为切换到低功率电源控制指令时，则通过电源控制模块降低交流电源的电压，或者切换到低电压的直流电源，是机器人处于低功率工作模式。
62.当通过功率控制处理模块对该控制信息进行解析处理，得到针对机器人电机的电机控制指令时，则通过高功率控制系统的电机控制模块执行该电机控制指令是机器人进行移动。在一种较优的实施方式中，当该电机控制指令为调整机器人的姿态时，则电机控制模块按照该控制指令调整机器人的姿态恢复至正常状态；当电机控制指令为导航控制指令时，则电机控制模块根据该导航控制指令驱动电机使得机器人按照导航控制指令移动。另一种较优的实施方式中，当该电机控制指令为导航控制指令时，则电机控制模块按照导航
控制指令控制电机，使机器人按照导航进行移动。
63.在本技术一种较优的实施方式中，经过算力算法处理系统运算获得的控制信息，可包括多个控制信息，如功率切换控制信息，导航控制信息等，高功率控制系统则按照实际接收的具体控制信息生成相应的控制指令对机器人进行控制。以上仅为示例性说明，不能作为最终的保护范围，基于上述构思，算力算法处理系统通过运算获得的其他控制信息的组合，均在本技术的保护范围之内，此处不在赘述。
64.在本技术的一个实施方式中，当机器人处于工作状态时，功率控制处理模块还对高功率控制系统的电路工作状态进行监控，当检测到该电路工作状态为异常状态时，则通过第三通信模块对该异常状态直接输出到远程控制端进行提醒，同时高功率控制系统执行来自远程控制端的控制指令使机器人保持正常状态；或者将异常状态发送到算力算法处理系统，通过算力算法处理系统进行检查测试，根据查找到的预置处理方法，高功率控制系统通过执行该预置处理方法使机器人保持正常状态。
65.以上，仅为本技术的具体实施方式，上述场景仅是作为示例，并不构成对于本技术实施例提供的技术方案的应用场景的限定，本技术的技术方案还可应用于其他场景。任何熟悉本技术领域的技术人员在本技术揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本技术的保护范围之内。因此，本技术实施例提供的技术方案对于类似的技术问题，同样适用。
66.在本技术中，对于相同或相似的术语概念、技术方案和/或应用场景描述，一般只在第一次出现时进行详细描述，后面再重复出现时，为了简洁，一般未再重复阐述，在理解本技术技术方案等内容时，对于在后未详细描述的相同或相似的术语概念、技术方案和/或应用场景描述等，可以参考其之前的相关详细描述。