地面机器人是指以轮式或履带式车辆为运动载体、有一定智能的自动控制车辆。它是机器人技术的一个重要分支，可用于多种用途，执行多种任务，例如消防、探险、外星探测、科研、军用侦察、战场作战等等，有着广泛的应用前景。地面机器人系统主要由无人自动车和指挥车组成，自动车在指挥车的命令下，以自主、半自主或全遥控工作方式在地面运动，完成各种任务。

　　国外对无人地面机器人技术十分重视，发展了各类用于侦察、排雷、扫雷、作战等任务的机器人。美国已有多种无人地面机器人装备了作战部队，作为未来“零伤亡”高科技作战的先驱。下面详细介绍一种地面机器人的控制系统。

　　2控制系统硬件设计通过微波通讯系统进行通讯，指挥车上有遥控驾驶仪可以遥控自动车运动。自动车上有运行控制计算机，在无人状态下能自动控制自动车运动，自动车还可以根据示教在现数据自主运动，并有各种安全保障措施。

　　2.1自动车控制系统自动车的自动驾驶系统是电液伺服液压系统，由数个伺服油缸完成各种驾驶动作，它们模仿人类的驾驶动作，推拉各操纵杆，完成自动车起动、换档、加速、减速、转弯、停车、熄火等工作。它们的控制核心是直驶ECU和转向ECUECU分别以80C196单片机为核心，完成各种动作的控制和各种传感器信息的采集工作，它是无人自动驾驶系统的核心部分。

　　运行控制计算机为自动车的控制中心，选用PC104总线的小型486工控机，它通过串口用微波通讯机与指挥车通讯，完成各种遥控命令和数据的处理，通过串口与直驶ECU和转向ECU通讯，收发命地面机器人系统分无人自动车和指挥车两部分。

　　为了在无任何标记的野外未平整路面行驶，自动车选用了履带式车辆，以适应野外不平的地形。指挥车虽然工作在野外，但不在越野时工作，它工作时处于静止状态。再者指挥车上有技术人员操作和指挥，环境要求舒适，所以选用了轮式汽车。两车相距几公里，士*主主要从事算机控制技术（6机器人技术等方向0研究All令和数据。它还读取GPS和电子罗盘的数据。在示教再现工作方式时，它可记录处理示教数据，自主控制自动车按示教运行轨迹运动，它还负责对各种故障进行处理，如故障时发出停车命令，保障安全停车。

　　电机的电能，发电机因故障停机后蓄电池也能维持统工作一小时，提高了系统可靠性。

　　控制系统软件设计环中）的种控制软件包括指挥车管理计算机程序和自动车运控制计算机程序。管理计算机程序在Windows98境下用VisualC++编制，自动车运行控制计算机宇在DOS环境下用C语言编制。

　　1指挥车管理计算机程序设计指挥车上的管理计算机程序，它是指挥车的控制心，连有通讯机和遥控驾驶仪，它接收遥控驾驶员命令，发送给自动车，对自动车进行控制，并把各自动车的数据上报指挥车，供驾驶员。通过计机屏幕上控制菜单，可对各种工作状态进行控制，各种数据进行显示，监控自动车运行状态。管理计几程序如所示。

　　车上前方有前视摄像机，将图像通过通讯机传到指挥车上，供遥控人员监视。通讯机是微波通讯机，将数据、图像、声音压缩后用全向天线发出，并接收指挥车命令，完成自动车和指挥车的通讯工作。天线架在车夕卜，为2m高全向天线。

　　此外还有高压油源和辅助柴油发电机，作为自动驾驶系统和其它设备供电的电源。

　　22指挥车控制系统指挥车上有管理计算机，为COMPAC 586工控机，它是指挥车的控制中心，它向下连有通讯系统，与自动车通讯，向上连有遥控驾驶仪，接收遥控驾驶员的命令。管理计算机屏幕上有菜单式工作界面，对遥控驾驶各种工作状态进行控制管理，对各数据进行显示，上面还有同步显示的由GPS数据得来的行车轨迹，以监控自动车运行状态。

　　遥控驾驶仪是驾驶员遥控驾驶自动车所用。对点火、熄火、油门控制、换档、转向等一切自动车驾驶所需的动作，在遥控驾驶仪上均有相应操纵按钮及手柄，遥控驾驶员可通过前方监视器看到自动车前方60°视野内的景物，通过麦克可听到车内发动机的声音，工作时和人工驾驶一样，先点火，再起步，之后挂档，即可行驶，根据工作场地上插的信号旗的指引，可沿预定轨道按要求速度无人驾驶运行。遥控驾驶仪核心为80C196单片机，采集各按钮及手柄信号，用串口传送至管理计算机，数据经滤波和格式转换后发往自动车。

　　通讯机为微波通讯机，因通讯距离远，天线架在车外，高为12m，60°范围的定向天线，将自动车运动区域控制在60°视角范围内即可。通讯系统采用现成的微波通讯设备，因为微波系统可靠性高，抗干扰性强，频带宽。通讯机上有各种串口、视频接口，两边只需把信号接入即可，通讯机内部自动进行编解码、压缩、校验、加密、解密工作，可靠性高。

　　为了保障不间断供电，使用汽油发电机、蓄电池和浮充器组成不间断供电系统，J发电机正常工乍时用shingH平均无故岿工作时间，c在关键部件、连接件等处均选shingHouse.Allrightsreserved. 3.2自动车运行控制计算机程序设计运行控制计算机程序是自动车的控制中心，它通过串口与指挥车通讯，完成各种遥控命令和数据的通讯，通过串口与直驶ECU和转向ECU收发命令和数据。它还要采集GPS和电子罗盘的数据。在半自主工作方式时，可记录示教数据，自动控制自动车运动，它还负责对各种故障进行处理。运行控制计算机程序如所示。

　　4地面机器人工作原理系统有全遥控和半自主两种工作方式。

　　全遥控工作方式：这时自动车所有动作，均由遥控驾驶员控制，由遥控驾驶员根据场地上插的信号旗进行驾驶。

　　半自主方式：为了增加靶车系统的可操作性，减轻遥控驾驶员负担，提高系统智能化水平。采用了自主+人工干预的半自主工作方式。可以由人先按规定轨迹人工驾驶一遍，这时运行计算机记录里程及电子罗盘数据，采集处理后作为示教数据，下次无人驾驶时由运行计算机自动按人工示教的数据自主行驶，当有因素导致自动车偏离原方向后，运行计算机通过电子罗盘数据可发现自动车偏方，可及时发出车辆转向命令，使车体向回转，回到原方向上来。

　　这种半自主方式在直线行驶时可以全自主行驶，遥控驾驶员只需监视工作状态即可，在车体因种种原因偏离原方向时，人可以干预，遥控修正一下自动车体方向，使自动车回到原方向上来，再自主行驶。当有人工干预的遥控命令出现，运行控制计算机优先执行遥控命令，没有遥控命令才执行再现命令。这种方法在实践中是十分实用和有效的。

　　系统没有采用视觉图像处理器，一是因为图像处理器价格昂贵，二是很多野外地区没有明显的地面标记物，图像处理器也无法工作，三是在复杂的地面环境中，当前的图像处理技术还不能达到实用要求。自主车也可以按GPS导航全自主运行，但这时要用差分GPS，定位精度可达0.5m.但价格较贵，没有采用。

　　现在系统的导航定位是用电子罗盘和里程计，电子罗盘定位精度0.1°里程计可计算出行程，两者结合可推算出车体位置。但里程计数据并不很准，所以根据实际情况，采用了自主+遥控干预的半自主工作方式，在实际应用中取得了良好效果。

　　地面机器人系统的安全保障系统也十分重要，因为几吨重的履带车辆如果失控，将以高速在地面乱冲，随时可能造成人员、房屋、车辆伤害，十分危险，所以采取了多重安全保障措施，一是提高各部分用高标准产品，二是当发生通讯故障，自动车失去与指挥车联系，运行超出一定范围时，立刻自动停车。在后有一定时保险装置，能在其它控制设备都失效后，自动运行一定时间后自动停车。例如定时十分钟，那自主车多运行十分钟，就可以自动停下来，防止出现危险。

　　5结论地面机器人的自动控制系统的任务是实现机器人的无人自动驾驶与控制。通过开发，完成了地面机器人的自动驾驶系统、通讯系统、计算机控制系统（包括硬件和软件）等部分的研制，实现了系统的控制要求。控制系统后能完成多种任务，并已投入实际使用，其可靠性、可操作性、环境适应性均达到了较高水平，是一个较好的地面机器人控制系统。