基于云端的智能小车控制系统技术方案

基于云端的智能小车控制系统，包括云端控制系统和小车竞赛平台，所述小车竞赛平台作为客户端接入作为服务端的云端控制系统；所述云端控制系统设有云端控制服务器，所述云端控制服务器包括云端数据通讯模块、消息转发模块和运动决策模块，所述小车竞赛平台包括客户端数据通讯模块、数据感知模块和运动执行模块。通过云端分析小车运动及传感数据，为传统小车提供强大的计算能力与智能决策分析能力，有助于构建更为智能的小车竞赛平台。

【技术实现步骤摘要】
基于云端的智能小车控制系统
本专利技术涉及智能机器人控制领域，具体涉及一种基于云端的智能小车控制系统。
技术介绍
青少年机器人教育已成为国内中小学教育市场中的重要一员，近年来结合机器人教育延伸出多种机器人教育产品，尤其是机器人小车类产品。从比赛形式上这些产品主要分类两大类：竞速赛和竞技赛，竞速赛主要是结合控制、模式识别、传感技术、电子、电气、计算机、机械等多个学科的技术在单一赛道上测试小车自身速度性能。竞技比赛则根据比赛场景分为机器人足球比赛、机器人互戳气球比赛、机器人掷冰壶比赛等各项系列赛。这类竞技比赛主要结合机器视觉、模式识别、通信、控制等多种技术或独立或群体性的完成某一特定任务。目前传统智能小车竞赛平台多采用传统单体小车自助决策方案，即参赛小车自身具备一定的环境感知能力，并在此基础上完成数据分析与处理，最终实现自身智能决策。但是受限于单体小车的运算能力不足、单体小车传感器数目有限、动态感知环境精确度不足等问题，使得真正由个体实现的智能决策能力有限，其表现为小车行动规划不够合理。
技术实现思路
鉴于以上情形，为了解决上述技术存在的问题，本专利技术提出一种基于云端(云平台)的智能小车控制系统，以有效增强单体小车数据获取、数据分析以及智能决策的能力。为了实现上述目的，本专利技术提供的基于云端的智能小车控制系统，在传统小车竞赛系统基础上增加云端控制部分，通过云端分析小车运动及传感数据，为传统小车提供强大的计算能力与智能决策分析能力，有助于构建更为智能的小车竞赛平台。根据本专利技术的基于云端的智能小车控制系统，包括云端控制系统和小车竞赛平台，所述小车竞赛平台作为客户端接入作为服务端的云端控制系统；所述云端控制系统设有云端控制服务器，所述云端控制服务器包括云端数据通讯模块、消息转发模块和运动决策模块，所述小车竞赛平台包括客户端数据通讯模块、数据感知模块和运动执行模块；所述云端数据通讯模块与客户端数据通讯模块进行数据通讯以获取小车竞赛平台中小车的传感数据和运动数据，并通过客户端数据通讯模块向小车竞赛平台下发小车运动指令；所述消息转发模块分别与云端数据通讯模块和运动决策模块连接以进行信息实时传输、消息分发和消息订阅；所述运动决策模块进行数据分析、综合决策以及指令生成，并通过消息转发模块及云端数据通讯模块发布至小车竞赛平台；所述数据感知模块通过与其连接的传感器模块对周围环境信息进行采样，并将采样信息数字化后通过客户端通讯模块发送至云端控制服务器；所述运动执行模块通过客户端数据通讯模块接收云端控制系统下发的控制指令，并将所述控制指令翻译传输至执行单元驱动小车电机。进一步地，所述传感器模块包括位置传感器/速度传感器/加速度传感器/超声传感器/红外传感器/图像传感器。优选地，所述云端控制服务器通过局域网络/无线网络与小车竞赛平台连接。优选地，所述消息转发模块采用MQTT协议进行无间断长连接方式消息实时传输。优选地，所述消息转发模块将小车竞赛平台上传与下载的信息分别指定不同的URL进行分类管理。优选地，所述小车竞赛平台通过客户端数据通讯模块及云端数据通讯模块传送发布到云端控制服务器的小车位置/速度/加速度传感器信息作为公有信息面向所有终端开放订阅，超声/红外/图像传感器信息作为私有信息限定指定用户订阅。优选地，所述云端控制服务器中针对小车竞赛平台的每一台小车均设置一组运动决策及数据分析程序，所述运动决策及数据分析程序订阅对应小车的私有信息和公有信息以及其他小车的公有信息，并综合做出决策、生成指令以及发布至对应终端小车竞赛平台上予以执行。本专利技术的基于云端的智能小车控制系统，其方法在于，云端控制服务器会分别为小车竞赛平台的客户端小车开启消息推送线程，客户端小车也分别开启用于上传和接收消息的线程；客户端小车分别在本地调用数据感知模块及与其连接的传感器模块，收集周围的环境信息和自身运动信息，并将信息数据采用公开或者私有的方式上传至云端控制服务器或暂存至本地数据库；云端控制服务器分析各个客户端上传的信息数据，制定最终的运动方案；云端控制服务器将所述运动方案根据各个客户端小车所提供的地址进行推送；各个客户端小车在接收到云端控制服务器所推送下达的消息数据后，执行运动方案指定运行的程序指令。进一步地，若客户端小车将收集的信息数据暂存至本地数据库，当云端控制服务器开始进行收集数据时，客户端小车通过客户端数据通讯模块将本地数据库中缓存的数据上传至云端控制服务器进以进行决策分析。进一步地，所述云端控制服务器分析各个客户端小车上传的信息数据，制定最终的运动方案，包括，云端控制服务器首先用多线程的运行方式分别分析各个客户端小车所上传的私有信息，该过程会在服务器中各个客户端小车的各自决策程序中运行；云端控制服务器再分析各个客户端小车上传至公共端口中的信息；然后云端控制服务器将公共端口中的信息与各个客户端小车所上传的私有信息进行综合分析，针对各个客户端小车所上传的私有信息制定最终的运动方案。优选地，各个客户端小车在接收到云端控制服务器所推送下达的消息数据后，首先对消息进行判断和过滤，若判断没有数据错误，执行运动方案指定运行的程序指令。根据本专利技术基于云端的智能小车控制系统，小车竞赛平台作为客户端接入云端控制系统，可实现数据采集、数据上传、车体运动控制等功能。云端控制系统作为服务端，可实现数据汇总、数据存储、数据共享、数据分析、控制决策、指令生成和指令下发等功能。为实现基于云端的小车控制系统，本专利技术需要搭建云端服务器，通过局域网络连接智能小车系统。以下分云端、客户端和网络传输三部分具体介绍实现步骤。作为本专利技术的一个优选方案，本专利技术可使用PC机作为服务器搭建云端并接入局域网络，同时智能小车系统使用无线方式接入同一网络以实现小车系统与云端之间的数据快速传输功能。本专利技术在服务端包括数据通讯模块、消息转发模块、运动决策模块。本专利技术服务端数据通讯模块具备协议传输、报文解析等能力，以此实现云端与智能小车系统之间的数据通讯功能。通过通讯模块云端可获得小车的传感数据、运动数据，同时可下发小车运动指令。本专利技术服务端消息转发模块具备信息实时传输、消息分发和消息订阅等功能。消息实时传输使用无间断长连接方式实现，一个优选的方案是使用MQTT协议传输，这种方式可有效增强消息传输的实时性。消息分发可实现同一消息在多个客户端之间的共享功能，使用URL地址订阅方式可针对不同需求定义多个订阅地址，有助于实现不同类别的信息共享功能。消息订阅可根据不同URL订阅地址之上预定义的权限确定用户访问范围，有效保障消息分发管理与分发信息的安全性。进一步地，消息转发模块可根据消息类型使用URL分组管理。一个优选的方案是将小车竞赛平台上传与下载的信息分别指定不同的URL进行分类管理。服务端到小车竞赛平台的信息一般为动作指令信息，由小车竞赛平台对此类URL进行订阅；小车竞赛平台至服务端的信息一般为数据信息，由小车竞赛平台发布，对应的数据处理程序分类订阅以实现数据传输与转发。同时，小车竞赛平台发布到服务端的数据信息还可分为私有信息和公有信息两类，小车自身的位置、速度、加速度以及超声等信息可作为公有信息；其他传感器信息可作为私有信息。公有信息发布的URL可面向所有终端开放订阅，而私有信息URL仅限定指定用户订阅信息本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于云端的智能小车控制系统，其特征在于，包括云端控制系统和小车竞赛平台，所述小车竞赛平台作为客户端接入作为服务端的云端控制系统；所述云端控制系统设有云端控制服务器，所述云端控制服务器包括云端数据通讯模块、消息转发模块和运动决策模块，所述小车竞赛平台包括客户端数据通讯模块、数据感知模块和运动执行模块；所述云端数据通讯模块与客户端数据通讯模块进行数据通讯以获取小车竞赛平台中小车的传感数据和运动数据，并通过客户端数据通讯模块向小车竞赛平台下发小车运动指令；所述消息转发模块分别与云端数据通讯模块和运动决策模块连接以进行信息实时传输、消息分发和消息订阅；所述运动决策模块进行数据分析、综合决策以及指令生成，并通过消息转发模块及云端数据通讯模块发布至小车竞赛平台；所述数据感知模块通过与其连接的传感器模块对周围环境信息进行采样，并将采样信息数字化后通过客户端通讯模块发送至云端控制服务器；所述运动执行模块通过客户端数据通讯模块接收云端控制系统下发的控制指令，并将所述控制指令翻译传输至执行单元驱动小车电机。

【技术特征摘要】
1.一种基于云端的智能小车控制系统，其特征在于，包括云端控制系统和小车竞赛平台，所述小车竞赛平台作为客户端接入作为服务端的云端控制系统；所述云端控制系统设有云端控制服务器，所述云端控制服务器包括云端数据通讯模块、消息转发模块和运动决策模块，所述小车竞赛平台包括客户端数据通讯模块、数据感知模块和运动执行模块；所述云端数据通讯模块与客户端数据通讯模块进行数据通讯以获取小车竞赛平台中小车的传感数据和运动数据，并通过客户端数据通讯模块向小车竞赛平台下发小车运动指令；所述消息转发模块分别与云端数据通讯模块和运动决策模块连接以进行信息实时传输、消息分发和消息订阅；所述运动决策模块进行数据分析、综合决策以及指令生成，并通过消息转发模块及云端数据通讯模块发布至小车竞赛平台；所述数据感知模块通过与其连接的传感器模块对周围环境信息进行采样，并将采样信息数字化后通过客户端通讯模块发送至云端控制服务器；所述运动执行模块通过客户端数据通讯模块接收云端控制系统下发的控制指令，并将所述控制指令翻译传输至执行单元驱动小车电机。2.根据权利要求1所述的一种基于云端的智能小车控制系统，其特征在于，所述传感器模块包括位置传感器/速度传感器/加速度传感器/超声传感器/红外传感器/图像传感器中的一种或一种以上的组合。3.根据权利要求1或2所述的一种基于云端的智能小车控制系统，其特征在于，所述云端控制服务器通过局域网络/无线网络与小车竞赛平台连接。4.根据权利要求1或2所述的一种基于云端的智能小车控制系统，其特征在于，所述消息转发模块采用MQTT协议进行无间断长连接方式消息实时传输。5.根据权利要求1或2所述的一种基于云端的智能小车控制系统，其特征在于，所述消息转发模块将小车竞赛平台上传与下载的信息分别指定不同的URL进行分类管理。6.根据权利要求2所述的一种基于云端的智能小车控制系统，其特征在于，所述小车竞赛平台通过客户端数据通讯模块及云端数据通讯模块传送发布到云端控制服务器的小车位置/速度/加速度传感器信息作为公有信息面向所有终端开放订阅，超声/红外/图像传感器信...

【专利技术属性】
技术研发人员：常兴治，胡丽英，朱川，王晓玲，黄祥敏，刘威，
申请(专利权)人：常州信息职业技术学院，
类型：发明
国别省市：江苏,32