[发明专利]面向无人推耙机的通信系统

权利要求书

1.一种面向无人推耙机的通信系统，其特征在于，所述通信系统包括运动控制通信部分、图像通信部分以及各模块间通信部分，实行上位机、下位机与中控台之间的数据交互；

所述运动控制通信部分用于控制推耙机的运动，所述运动包括控制推耙机的前进、后退、左转、右转、推耙铲的升降操作，用于向PLC下达控制指令、向中控台发送推耙机运动状态、提高通信频率、监听路径及定位与建图节点心跳、向下位机发送心跳、读取传感器数据；

所述运动控制通信部分中，向PLC发送控制指令功能，首先上位机的控制通讯模块接收路径模块的运动指令，将其转化成特有的字符串格式，经socket网络通信发送给下位机的通讯模块，下位机的通信模块接收到数据后，将其转化为16进制，并添加指定的帧头、帧尾，将其发送给PLC；向PLC发送写指令时，控制推耙机进行运动；向PLC发送读指令时，是读取推耙机的运动状态，发往路径模块，便于其做出运动规划；为保证数据传输的稳定、可靠，上位机与下位机采用socket的TCP网络协议，发送的字符串内容包括请求头、发送数据的次数、读/写操作、对应的PLC单元的地址值、要写入的数据以及请求尾，其中地址值和要写入的数据决定推耙机要做出的运动状态；

所述图像通讯部分用于向中控台反馈推耙机的位姿和向路径及定位与建图模块发送关键参数，包括接收中控台下发的参数、接收定位与建图模块的二维栅格地图和向中控台发送推耙机实时位姿；

所述各模块间通信部分采用ROS的topic通信机制和线程共享内存机制，ROS将复杂的机器人系统拆解成很多节点，这些节点之间可以通过topic进行数据交换；将某一模块简化成一个进程，创建共享内存区域，在该模块内分别创建执行指定功能的对象，每一个对象到共享内存区域内去获得自己需要的数据，使得执行效率有了较大的提升；

所述路径模块每下发一次控制指令，指令里边包含多条数据；路径模块每一次的控制指令在网络通信之间只进行一次交互，在下位机的通讯模块进行数据的解析，修改PLC各变量的地址，将路径下发的各指令和对应的PLC各变量的地址必须是顺序的、一一对应的；不管路径模块的每一次指令包含多少条数据，上位机的通讯模块只需在规定的发送指令格式之后依次添加数据值和间隔符即可，下位机的通讯模块就可以将其解析发给PLC；

向中控台发送推耙机运动状态过程中，通讯模块以规定的频率向PLC发送读取指令，并将其读取的数据发往中控台进行显示，其读取的数据包括：控制模式、运动模式、推耙机速度、推耙机运动状态、推耙铲高度位置和倾斜位置、报警状态、电量信息以及各电机的电压、电流信息；

监听路径及定位与建图节点心跳过程中，为保证及时了解两个模块的存活状态，设立心跳机制；路径及定位与建图模块以各自的频率向通讯模块发送心跳包，这只是为了保持长连接，包的内容无特别规定，可以是很小的包，或者只是包头的一个空包，若通信模块在规定的时间内未收到两个模块发过来的心跳，则判定两个模块出现故障，通讯模块立即向中控台报告故障信息，并在自动模式下向推耙机下发停止指令，以此来保证推耙机的安全运转；

向下位机发送心跳过程中，下位机作为服务器，服务于多个客户端，由于服务器不会主动向客户端发送指令，所以服务器不确定各个客户端的运行情况，为保证服务器实时了解通讯模块的存活状态，设立心跳机制，通讯模块以设定的频率向下位机发送心跳指令，若在规定的时间内未接收到服务器的回复，通讯模块立即关闭两者之间的连接，随即进行重新连接，并告知路径模块下位机发生异常；

读取传感器数据过程中，上位机通讯模块经过串口读取IMU数据，将其转化为车辆的姿态，即最大安全俯仰角，经socket网络通信发送给中控台，在中控台上进行显示。

2.如权利要求1所述的面向无人推耙机的通信系统，其特征在于，所述图像通讯部分中，接收中控台下发的参数过程中，首先，图像通讯单元在推耙机自动模式工作之前向中控台前的操作人员请求路径模块及图像模块需要的参数，并将其分类后下发给各模块；然后，图像通信单元在自动模式下接收中控台下发的目标推耙位置、避障距离信息，将其发往路径模块，路径模块在收到目标推耙位置后，到指定区域执行推耙工作；

接收定位与建图模块的二维栅格地图，传输二维栅格地图的目的是将船舱内的信息以及推耙机相对于船舱的位置进行可视化，定位与建图模块将栅格地图的内容以及数据长度信息转化为8位无符号整型数组通过ROS特有的topic通信机制传输到通讯模块，其内容是灰度值，根据车辆坐标与栅格地图，可以知道小车相当于栅格地图的位置，然后再根据分辨率，将图像中的坐标系转化为实际场景中的坐标系；

向中控台发送推耙机实时位姿过程中，首先定位与建图模块接收到通讯单元发送的关键参数之后，所述关键参数包括车长/宽和船舱尺寸，雷达模块将接收到的数据与自身测量数据进行比较，检验准确性，若准确，通过图像通信模块以设定频率向中控台发送高层图以及测量位姿；

所述中控台用于显示地图与推耙车实时状态信息、控制推耙机运动模式、生成指定目标点并发送，通过通讯模块进行协作，所述通讯模块以设定的频率发送地图和推耙机坐标，在路径或定位与建图模块发生异常情况下，中控台可直接下发指令进行手动控制推耙机，此时通讯模块屏蔽掉路径模块进行的控制规划，将中控台发过来的运动控制指令发送给PLC控制推耙机执行指定的工作任务；中控台还可以在推耙机进行工作时，命令推耙机到指定的工作区域内去工作，中控台经通讯模块向路径模块下发指定工作区域的坐标，路径模块在接收到指令后，向通讯模块发送控制指令。