網絡化智能交通警察機器人的製作方法
2023-05-13 10:58:46
專利名稱：網絡化智能交通警察機器人的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種機器人，尤其涉及一種用於交通管理的網絡化智能交通警察機器人。
背景技術：
隨著我國經濟的持續發展，車輛日益增多，使得交通壓力越來越大，為對交通狀況進行有效管理，交通警察常常需要在重要的路口執勤以確保交通秩序。由於是在露天中執勤，使得交警面臨著風吹日曬，同時汽車排出的大量有毒尾氣使得交警身體健康受到極大的損害。
發明內容
本實用新型就是為了解決上述問題，提供一種可對交通秩序進行管理，並能記錄違章情況的機器人，它與總控計算機建立網絡聯接，能實現在線和脫機工作，具有減輕交警工作強度，提高工作效率等優點。
為實現上述目的，本實用新型採用了如下技術方案一種網絡化智能交通警察機器人，它包括頭部裝置，軀幹裝置，手臂裝置等，其特徵是軀幹裝置由胸腹部支架和腿部支架等構成，在胸腹部支架的上端為頭部裝置，胸腹部裝置的兩側各有一手臂裝置，每個手臂裝置由大臂支架和小臂支架、手掌等構成，軀幹裝置中有控制裝置與其餘各裝置聯接。
所述頭部裝置包括頸關節電機，它通過盤頭螺釘與軸承套固定，其輸出軸通過緊進螺釘與聯軸器聯接，聯軸器安裝在胸腹部支架上，聯軸器通過卡簧圈A與軸承聯接，並通過卡簧圈B與軸承套聯接。
所述軀幹裝置包括胸腹部支架，它通過螺栓與腿部支架固定，腿部支架由固定螺栓固定在轉盤上。
所述手臂裝置有兩個，左右對稱的分布在軀幹兩側，每個手臂裝置包括手掌，手掌安裝在小臂支架上，小臂支架與大臂支架聯接，大臂支架與肩部支架聯接，肩部支架與胸腹部支架聯接。
在小臂支架末端有腕關節電機，它固定在小臂支架上，輸出主軸與手掌聯接；在小臂支架和大臂支架聯接處有肘關節電機，它安裝在大臂支架上，肘關節電機輸出主軸與小臂支架聯接；在肩部支架上有肩關節電機A，在胸腹部支架上通過固定螺栓交錯安裝兩個與各自手臂裝置相配合的肩關節電機B，肩關節電機A通過肩部支架固定在肩關節電機B輸出主軸上，肩關節電機A的輸出主軸與肘關節電機聯接。
肩關節電機A輸出主軸上有長條狀金屬薄片，在肩部支架上相應位置有三隻TL-Q5MC1型電感式接近開關；與肩關節電機A對稱布置的肩關節電機B輸出主軸上有長條狀金屬薄片，在肩部支架上相應的位置有三隻TL-Q5MC1型電感式接近開關；左右兩臂的肘關節處的支架上分別設有兩隻TL-Q5MC1型電感式接近開關，用於檢測小臂到達的位置；在機器人頸部轉動的左右兩個極限位置及中部各裝一隻TL-Q5MC1型電感式接近開關。
肘關節電機、肩關節電機A、肩關節電機B、頸關節電機、腕關節電機(15)均帶有減速器，其中頸關節電機、腕關節電機所帶減速器為齒輪減速器；肘關節電機、肩關節電機A、肩關節電機B的減速器為蝸輪蝸杆減速器，具有自瑣功能，在肘關節電機的蝸輪蝸杆減速器後還有一個曲柄搖杆結構。
所述控制裝置包括單片機控制模塊；動作驅動模塊，該模塊有電機驅動和光電耦合器組成，並通過光電耦合器與單片機控制模塊聯接；記憶模塊，它與單片機控制模塊聯接，可對機器人的各個動作進行記憶，實現脫機操作；檢測模塊，它與單片機控制模塊聯接，可檢測系統電源偵測、上電復位和程序運行；位置檢測模塊，它與單片機控制模塊聯接，通過傳感器對機器人的手臂的位置進行採樣；信號採樣模塊，它為安裝在機器人頭部的攝像頭，它與圖像處理模塊聯接，由圖像處理模塊對圖像處理後產生數位訊號，該數位訊號輸出給數據終端模塊，也可同時輸出到單片機模塊，以便對路口的車輛進行監控；數據終端模塊，它通過標準RS-232接口模塊與單片機聯接，該數據終端模塊具有GPRS/CDMA網絡接口，可通過無線網絡聯接到數據中心。
所述單片機模塊中的單片機型號為89C52；所述記憶模塊採用型號為RAM24256的晶片；所述檢測模塊採用型號為MAX813L的晶片；所述圖像處理模塊採用基於TI的DSP TMS320C64X晶片；所述數據終端模塊採用型號為H7112C的晶片。
本實用新型採用了自動控制的機器人，不僅能通過網絡對機器人進行操控，實現交通管理的功能，還可脫機運行，將有助於實現交通指揮的自動化和智能化，從而把交警從惡劣的環境和繁忙的勞動中解脫出來，坐在辦公室中通過計算機就可以輕鬆的指揮交通，從而大大的減輕了交警的勞動強度、提高了交警的工作效率。本實用新型既可以根據信號燈的變化自動完成相應的指揮動作，還可以由交警通過計算機控制其動作。它可以通過裝在其頭部的攝像頭來對交通路口信息進行採集與數位化處理，並且經過單片機進行處理、存儲或通過網絡傳輸到交通指揮中心的計算機上，數據通信與機器人交警組網設計及多路口導航控制策略優化設計，實現數據服務中心管理系統設計與計算機輔助交通指揮。
圖1為本實用新型的結構示意圖；
圖2為本實用新型的頭部裝置結構示意圖；圖3為本實用新型的側面結構示意圖；圖4為控制系統的結構框圖；圖5為數據終端模塊晶片的結構框圖及與接口電路的聯接圖。
其中，1小臂支架，2.肘關節電機，3.大臂支架，4.電感式接近開關，5.肩關節電機A，6.肩部支架，7.緊進螺釘，8.頸關節電機，9.盤頭螺釘，10.軸承套，11.軸承，12.聯軸器，13.肩關節電機A輸出主軸，14.肘關節電機輸出主軸，15.腕關節電機，16.手掌，17.轉盤，18.腿部支架，19.螺栓，20.肩關節電機B輸出主軸，21.固定螺栓，22.肩關節電機B，23.胸腹部支架，24固定螺栓，25彈簧卡圈A，26.彈簧卡圈B，27.單片機控制模塊，28.動作驅動模塊29.記憶模塊，30.檢測模塊，31.位置檢測模塊，32.信號採樣模塊，33.圖像處理模塊，34.數據終端模塊，35.接口模塊。
具體實施方式
本實用新型的機器人如圖1所示，包括頭部裝置，如圖2所示，它有頸關節電機8，頸關節電機8通過盤頭螺釘9固定在軸承套10上，其輸出軸通過緊進螺釘7固定在連軸器12上，連軸器12通過卡簧圈A25與軸承11聯接，並通過卡簧圈B26與軸承套10聯接。機器人的頭部外殼固定在軸承套10的最外圓周上，連軸器12固定在胸腹部支架23上。當給電機通電的時候，其輸出軸不動，電機機身帶動頭部外殼轉動。頸關節電機8帶有齒輪減速器，其額定轉速為30轉/分，轉矩為4.5牛米。該電機用來實現機器人的擺頭動作。由於機器人的頸部空間比較小，頭內部的空間相對較大，而且機器人的擺頭只是在一個大約180度的範圍內往復轉動，所以將該電機倒裝在頭部，將電機軸通過連軸器12固定在固定支架上。當該電機執行擺頭動作時由電機機殼帶動軸承套10及固定在其上面的機器人頭部外殼一起轉動，完成機器人的擺頭動作。
軀幹部分包括胸腹部支架23和腿部支架18，兩者由螺栓19固定聯接，腿部支架18由固定螺栓24與轉盤17固定在一起，如圖1所示，它的底部通過一個傘形齒輪與帶動其轉動的電機相連。
手臂裝置左右對稱，由手掌16、小臂支架1、大臂支架3及安裝在其上的腕關節電機15、肘關節電機2、肩關節電機A5、肩關節電機B22組成，其中肘關節電機2、肩關節電機A5、肩關節電機B22帶有蝸輪蝸杆減速器，不僅可以實現減速的目的而且還具有自鎖功能，頸關節電機8和腕關節電機15上帶有齒輪減速器。其中肩關節電機B22，額定功率80W，左右各一個，通過固定螺栓21交錯裝在機器人的胸腹部支架23上。用來實現手臂的向前伸展和放下，同時當手臂側向伸平之後，該電機地轉動可以用來改變肘關節以及腕關節在空間的方向，用以改變小臂彎曲的方向。由於蝸輪蝸杆機構的自鎖功能，當手臂在某個動作完成到位之後無需再另外施加扭矩，手臂將自動的保持在該的位置。肘關節電機2和肩關節電機A5的蝸輪蝸杆減速器同樣可以起到這樣的作用，該電機通過三個均勻分布的螺栓固定在胸腹部支架上。
手臂的側向伸展動作由肩關節電機A5來實現，該電機的額定功率為30瓦。它通過肩部支架6固定在肩關節電機B輸出主軸20上。肩關節電機22和肩關節電機5一起構成機器人的「肩關節」。
肘關節電機2為機器人的「肘關節」，功率為6W。它在蝸輪蝸杆減速器後還有一個曲柄搖杆機構，所以肘關節電機輸出主軸14輸出的運動形式為往復擺動，擺角大約為90度，該電機通過大臂支架3與肩關節電機A輸出主軸13連接，肘關節電機輸出主軸14與小臂支架1相連，帶動小臂的擺動。腕關節電機15與頸關節電機8相同，它的機身固定在小臂支架上，輸出主軸與機器人手掌16相連，通過控制它地轉動來實現手腕地轉動動作。
在肩關節電機A輸出主軸13上有長條狀金屬薄片，在肩關節支架6上相應位置有三隻TL-Q5MC1型電感式接近開關4，當「手臂」垂直放下的時，它與肩部支架6上面的接近開關4靠近，如圖3所示。接近開關4將採集到的信號傳給控制系統，控制系統經過數據分析便知道當前大臂的位置，當手臂運動時，控制系統根據兩個接近開關發送信號的先後順序來判斷手臂的運動方向。與肩關節電機A5對稱布置的肩關節電機B輸出主軸20上有長條狀金屬薄片，在肩關節支架6上與長條狀金屬薄片相應的位置有三隻TL-Q5MC1型電感式接近開關4；左右兩臂的肘關節處的支架上分別設有兩隻TL-Q5MC1型電感式接近開關4，用於檢測小臂到達的位置；在機器人頸部轉動的左右兩個極限位置及中部各裝一隻TL-Q5MC1型電感式接近開關4。
在胸腹部支架23上還有控制裝置，如圖4所示，該裝置包括單片機控制模塊27、位置檢測模塊31、動作驅動模塊28、記憶模塊29、檢測模塊30、數據終端模塊34、信號採樣模塊32、圖像處理模塊33組成。單片機控制模塊27由型號為89c52的單片機構成；動作驅動模塊28由電機和光電耦合器構成，並通過光電耦合器與單片機聯接；記憶模塊29由型號為RAM24256的晶片組成，用於將機器人的各項動作預先儲存起來，即便機器人在無法聯網時仍能進行各項動作；檢測模塊30由信號為MAX813L的晶片構成，用於系統電源偵測、上電復位和程序運行的「看門狗」，以保證系統的可靠運行。位置檢測模塊31與單片機聯接，可對機器人的各項動作是否到位進行檢測；信號採樣模塊32為安裝在機器人頭部眼睛部位的兩個攝像頭，可以對車輛的越線等在位置上違規做出判斷，並且可以將違規車輛的數位化資料存儲起來或通過數據終端模塊34DTU將信號通過GPRS/CDMA網絡傳到指定的計算機上，它還可將信號送往單片機控制模塊27進行信號的處理；圖像處理模塊33採用基於TI的DSP TMS320C64X晶片設計的，DSP的計算能力可達到4Gips以上，可以做實時的視頻和音頻的採集、壓縮，支持網絡開發應用。採用基於對象的編碼技術，將圖像中表徵實體紋理、形狀、運動的信息編碼。經DSP處理後的車流量調節控制周期可傳送到單片機的工作周期預置單元，實現自動調節；DSP處理後的車輛違章信息可轉存到記憶模塊29或通過數據終端模塊34DTU傳送到交通指揮中心；數據終端模塊34為H7112C DTU模塊，它通過標準RS-232接口模塊35與單片機相連，如圖5所示。同時，它還具有與GPRS/CDMA無線網絡聯接的功能，可實現對機器人的網絡操作，通過該模塊，各個路口的機器人之間，以及機器人與中央控制計算機間可實現網絡聯接，進行信息的共享。
機器人啟動後，上電自檢復位將各運動機構恢復到工作原點，根據工作模式選擇網絡聯機運行或單機脫機運行，聯機模式下交警的指揮動作及動作周期可由交通指揮中心下載更新，同時本地的交警機器人工作模式及狀態參數可實時上傳到交通指揮中心。在脫機模式下，交警機器人可根據預置的工作方式獨立運行，在單片機的控制下周而復始地進行交通指揮。交警的標準動作及時序程序存儲在存儲單元，工作開始後單片機調用預置的動作程序，啟動相應的控制電動機，當電動機帶動的運動機構到達給定的位置時，該處的電感式接近開關將「位置到」的開關量信號傳送給系統的位置檢測單元，動作驅動控制單元制動該電動機。該系統中的每個自由度都分別由這樣獨立的位置環控制單元實現閉環控制，控制可靠、靈活。數據終端模塊34DTU是基於GPRS/CDMA網絡的無線數據傳輸模塊，採用型號為H7112C DTU的模塊，用於實現交警機器人的網絡測控。
在交警機器人測控系統中，採用集中管理與分散監測方式，將交通指揮中心設為數據服務中心DSC，與路口機器人中的數據終端模塊H7112C DTU數據通訊，形成兩級分布式計算機測控系統。
主控室數據服務中心DSC是由高性能微機、通訊接口及設備、顯示器、模擬屏、印表機等組成上位機。位於主控室的上位機完成整個系統的數據集中處理和對各分控點統一發布命令的功能。
交警機器人分控點以高性能的單片機、傳感器、接口等組成，為實時在線控制機，執行交警機器人的動作控制，對執行電動機的電流、電壓、位置及工作狀態等參數的檢測，同時經H7100 GPRS無線DDN系統與主控室進行控制和監測數據通信。
本實用新型控制系統中所用各模塊均為公知電路及其組合，為本領域普通技術人員所知曉。但各模塊並不僅限於公開的各型號，凡能夠按照所給框圖實現所述功能的各公知電路及其組合均為本專利的保護範圍。
權利要求1.一種網絡化智能交通警察機器人，它包括頭部裝置，軀幹裝置，手臂裝置等，其特徵是軀幹裝置由胸腹部支架(23)和腿部支架(18)等構成，在胸腹部支架(23)的上端為頭部裝置，胸腹部裝置的兩側各有一手臂裝置，每個手臂裝置由大臂支架(3)和小臂支架(1)、手掌(16)等構成，軀幹裝置中有控制裝置與其餘各裝置聯接。
2.根據權利要求1所述的網絡化智能交通警察機器人，其特徵是所述頭部裝置包括頸關節電機(8)，它通過盤頭螺釘(9)與軸承套(10)固定，其輸出軸通過緊進螺釘(7)與聯軸器(12)聯接，聯軸器(12)安裝在胸腹部支架(23)上，聯軸器(12)通過卡簧圈A(25)與軸承(11)聯接，並通過卡簧圈B(26)與軸承套(10)聯接。
3.根據權利要求1所述的網絡化智能交通警察機器人，其特徵是所述軀幹裝置包括胸腹部支架(23)，它通過螺栓(19)與腿部支架(18)固定，腿部支架(18)由固定螺栓(24)固定在轉盤上(17)。
4.根據權利要求1所述的網絡化智能交通警察機器人，其特徵是所述手臂裝置有兩個，左右對稱的分布在軀幹兩側，每個手臂裝置包括手掌(16)，手掌(16)安裝在小臂支架上(1)，小臂支架(1)與大臂支架(3)聯接，大臂支架(3)與肩部支架(6)聯接，肩部支架(6)與胸腹部支架(23)聯接。
5.根據權利要求4所述的網絡化智能交通警察機器人，其特徵是在小臂支架(1)末端有腕關節電機(15)，它固定在小臂支架(1)上，輸出主軸與手掌(16)聯接；在小臂支架(1)和大臂支架(3)聯接處有肘關節電機(2)，它安裝在大臂支架(3)上，肘關節電機輸出主軸(14)與小臂支架(1)聯接；在肩部支架(6)上有肩關節電機A(5)，在胸腹部支架(23)上通過固定螺栓(21)交錯安裝兩個與各自手臂裝置相配合的肩關節電機B(22)，肩關節電機A(22)通過肩部支架(6)固定在肩關節電機B(22)輸出主軸(20)上，肩關節電機A(5)的輸出主軸(13)與肘關節電機(2)聯接。
6.根據權利要求5所述的網絡化智能交通警察機器人，其特徵是肩關節電機A輸出主軸(13)上有長條狀金屬薄片，在肩部支架(6)上相應位置有三隻TL-Q5MC1型電感式接近開關(4)；與肩關節電機A(5)對稱布置的肩關節電機B輸出主軸(20)上有長條狀金屬薄片，在肩部支架(6)上相應的位置有三隻TL-Q5MC1型電感式接近開關(4)；左右兩臂的肘關節處的支架上分別設有兩隻TL-Q5MC1型電感式接近開關(4)，用於檢測小臂到達的位置；在機器人頸部轉動的左右兩個極限位置及中部各裝一隻TL-Q5MC1型電感式接近開關(4)。
7.根據權利要求2或5或6所述的網絡化智能交通警察機器人，其特徵是肘關節電機(2)、肩關節電機A(5)、肩關節電機B(22)、頸關節電機(8)、腕關節電機(15)均帶有減速器，其中頸關節電機(8)、腕關節電機(15)所帶減速器為齒輪減速器；肘關節電機(2)、肩關節電機A(5)、肩關節電機B(22)的減速器為蝸輪蝸杆減速器，具有自瑣功能，在肘關節電機(2)的蝸輪蝸杆減速器後還有一個曲柄搖杆結構。
8.根據權利要求1所述的網絡化智能交通警察機器人，其特徵是所述控制裝置包括單片機控制模塊(27)；動作驅動模塊(28)，該模塊有電機驅動和光電耦合器組成，並通過光電耦合器與單片機控制模塊聯接；記憶模塊(29)，它與單片機控制模塊聯接，可對機器人的各個動作進行記憶，實現脫機操作；檢測模塊(30)，它與單片機控制模塊聯接，可檢測系統電源偵測、上電復位和程序運行；位置檢測模塊(31)，它與單片機控制模塊聯接，通過傳感器對機器人的手臂的位置進行採樣；信號採樣模塊(32)，它為安裝在機器人頭部的攝像頭，它與圖像處理模塊(33)聯接，由圖像處理模塊(33)對圖像處理後產生數位訊號，該數位訊號輸出給數據終端模塊(34)，也可同時輸出到單片機模塊(27)，以便對路口的車輛進行監控；數據終端模塊(34)，它通過標準RS-232接口模塊(35)與單片機聯接，該數據終端模塊(34)具有GPRS/CDMA網絡接口，可通過無線網絡聯接到數據中心。
9.根據權利要求8所述的網絡化智能交通警察機器人，其特徵是所述單片機模塊(27)中的單片機型號為89C52；所述記憶模塊(29)採用型號為RAM24256的晶片；所述檢測模塊(30)採用型號為MAX813L的晶片；所述圖像處理模塊(33)採用基於TI的DSP TMS320C64X晶片；所述數據終端模塊(34)採用型號為H7112C的晶片。
專利摘要本實用新型公開了一種網絡化智能交通警察機器人。它解決了目前交警在交通指揮時所處的環境惡劣，對交警人身造成較大危害的問題，具有自動化程度高，可無線操作和脫機操作，使交警不必在惡劣環境中即可完成交通的指揮工作等優點，其結構為一種網絡化智能交通警察機器人，它包括頭部裝置，軀幹裝置，手臂裝置等，其特徵是軀幹裝置由胸腹部支架和腿部支架等構成，在胸腹部支架的上端為頭部裝置，胸腹部裝置的兩側各有一手臂裝置，每個手臂裝置由大臂支架和小臂支架、手掌等構成，軀幹裝置中有控制裝置與其餘各裝置聯接。
文檔編號B25J13/00GK2758036SQ20042009936
公開日2006年2月15日 申請日期2004年12月20日 優先權日2004年12月20日
發明者艾長勝, 趙方, 昃向博, 李前, 李國平, 孫選, 王娜, 付玉儉 申請人:濟南大學