一種輪式移動(dòng)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，特別涉及一種輪式移動(dòng)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)日益發(fā)達(dá)的今天，機(jī)器人已經(jīng)成為人類(lèi)的一種新型的生產(chǎn)工具和輔助工具，它在日常生活的很多方面都得到了應(yīng)用，正逐步發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用，并且它在減輕人類(lèi)的勞動(dòng)強(qiáng)度，提升人類(lèi)的生產(chǎn)效率等方面顯示了極大的優(yōu)越性。然而，現(xiàn)有的很多輪式移動(dòng)機(jī)器人驅(qū)動(dòng)能力較弱，運(yùn)動(dòng)控制精度較差，無(wú)法實(shí)現(xiàn)自主避障，不能滿足一些對(duì)驅(qū)動(dòng)能力、控制精度和智能化要求較高的場(chǎng)合。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0003]本實(shí)用新型目的是解決現(xiàn)有輪式移動(dòng)機(jī)器人在驅(qū)動(dòng)能力、控制精度和自主避障上的不足，深入發(fā)掘輪式移動(dòng)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)潛力，擴(kuò)寬其應(yīng)用范圍。本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、設(shè)計(jì)合理，便于產(chǎn)業(yè)化推廣應(yīng)用。
[0004]本實(shí)用新型通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
[0005]一種輪式移動(dòng)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)由遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)和車(chē)載控制系統(tǒng)組成，所述的遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)由遠(yuǎn)程控制端和無(wú)線數(shù)傳模塊組成，所述遠(yuǎn)程控制端與無(wú)線數(shù)傳模塊連接，且無(wú)線數(shù)傳模塊設(shè)置有天線，所述車(chē)載控制系統(tǒng)由通訊模塊、控制模塊、激光避障模塊、供電模塊、驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向模塊組成，所述通訊模塊包括無(wú)線數(shù)傳模塊及與無(wú)線數(shù)傳模塊連接的天線，所述控制模塊包括工控機(jī)及設(shè)置在工控機(jī)上的運(yùn)動(dòng)控制卡，所述驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向模塊包括依次連接的編碼器、驅(qū)動(dòng)器、電機(jī)、減速箱、車(chē)輪，所述通訊模塊的無(wú)線數(shù)傳模塊與控制模塊的工控機(jī)連接，所述運(yùn)動(dòng)控制卡與驅(qū)動(dòng)器連接，所述控制模塊還與激光避障模塊和供電模塊連接。
[0006]所述的遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)由一臺(tái)帶有觸摸屏顯示器和無(wú)線數(shù)傳模塊的PC機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)。
[0007]所述的供電模塊選用24V鋰電池組和24V轉(zhuǎn)5V (DC-DC)模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)。
[0008]所述的控制模塊選用運(yùn)動(dòng)控制卡作為微控制器，并將其插入工控機(jī)的PCI插槽中，實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)器人四套驅(qū)動(dòng)裝置的精確控制。
[0009]所述的通訊模塊選用無(wú)線通訊方式。遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)通過(guò)無(wú)線數(shù)傳模塊將控制指令發(fā)送給車(chē)載控制系統(tǒng)；車(chē)載控制系統(tǒng)也通過(guò)無(wú)線數(shù)傳模塊將需要反饋的信息如自身的位姿或運(yùn)行狀態(tài)反饋給遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)。
[0010]所述的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向模塊選用四輪驅(qū)動(dòng)、差速轉(zhuǎn)向方式。機(jī)器人的四個(gè)輪子均為驅(qū)動(dòng)輪，這樣可提升機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)能力。當(dāng)四個(gè)輪子速度相同時(shí)，機(jī)器人直線行駛，當(dāng)左右輪速度不相同時(shí)，機(jī)器人實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向。
[0011]所述的避障模塊選用激光避障方式，機(jī)器人利用自身所安裝的激光測(cè)距儀來(lái)尋找最優(yōu)避障方向，從而實(shí)現(xiàn)自主避障。
[0012]所述的運(yùn)動(dòng)控制卡選用固高科技四軸運(yùn)動(dòng)控制卡，具體型號(hào)為:GTS-400-PV-PCI。
[0013]所述的驅(qū)動(dòng)裝置由電機(jī)、驅(qū)動(dòng)器、減速箱和編碼器構(gòu)成。電機(jī)選擇maxon直流伺服有刷電機(jī)，驅(qū)動(dòng)器選擇coply直流驅(qū)動(dòng)器，減速箱的減速比選擇111:1。
[0014]所述的無(wú)線數(shù)傳模塊選用技卓科技小功率無(wú)線數(shù)傳模塊，具體型號(hào)為JZ877。
[0015]所述的激光測(cè)距儀選用北陽(yáng)公司生產(chǎn)的2D激光測(cè)距儀，具體型號(hào)為:UBG-04LX-F01。
[0016]采用上述技術(shù)方案，本實(shí)用新型提供的一種輪式移動(dòng)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，具有如下有益效果:(1)選用四軸運(yùn)動(dòng)控制卡作為微控制器，同時(shí)控制四套驅(qū)動(dòng)裝置，可以顯著提升輪式移動(dòng)機(jī)器人的控制精度；(2)遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)和車(chē)載控制系統(tǒng)之間通過(guò)無(wú)線數(shù)傳模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，信號(hào)抗干擾性強(qiáng)，易于維護(hù)；(3)用戶可以通過(guò)遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)監(jiān)控機(jī)器人的運(yùn)行狀態(tài)，并對(duì)其進(jìn)行操作，尤其是機(jī)器人在較惡劣的環(huán)境下工作時(shí)，該控制方式實(shí)用性更強(qiáng)；(4)機(jī)器人的四個(gè)輪子均為驅(qū)動(dòng)輪，大大的提升了機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)能力；(5)選用激光避障方式，由于激光的精度高、抗干擾能力強(qiáng)，使得機(jī)器人自主避障更加易于實(shí)現(xiàn)；(6)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)選用模塊化設(shè)計(jì)，用戶可以根據(jù)需求來(lái)定制軟硬件模塊，適用性更強(qiáng)。
【附圖說(shuō)明】
[0017]圖1為本實(shí)用新型一種輪式移動(dòng)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖；
[0018]圖2為本實(shí)用新型一種輪式移動(dòng)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)所述的四輪驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向示意圖；
[0019]圖3為本實(shí)用新型一種輪式移動(dòng)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)所述的激光避障示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]為方便本領(lǐng)域的技術(shù)人員了解本實(shí)用新型的技術(shù)內(nèi)容，下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。
[0021]如圖1所示，本實(shí)用新型一種輪式移動(dòng)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，包括遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)1和車(chē)載控制系統(tǒng)2，其中所述的遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)1由遠(yuǎn)程控制端和無(wú)線數(shù)傳模塊組成，所述遠(yuǎn)程控制端與無(wú)線數(shù)傳模塊連接，且無(wú)線數(shù)傳模塊設(shè)置有天線，所述車(chē)載控制系統(tǒng)2由通訊模塊5、控制模塊4、激光避障模塊7、供電模塊3、驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向模塊6組成，所述通訊模塊5包括無(wú)線數(shù)傳模塊及與無(wú)線數(shù)傳模塊連接的天線，所述控制模塊4包括工控機(jī)及設(shè)置在工控機(jī)上的運(yùn)動(dòng)控制卡，所述驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向模塊6包括依次連接的編碼器、驅(qū)動(dòng)器、電機(jī)、減速箱、車(chē)輪，所述通訊模塊5的無(wú)線數(shù)傳模塊與控制模塊的4工控機(jī)連接，所述運(yùn)動(dòng)控制卡與驅(qū)動(dòng)器連接，所述控制模塊4還與激光避障模塊7和供電模塊3連接。
[0022]如圖2所示，本實(shí)用新型一種輪式移動(dòng)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)所述的四輪驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向示意圖。本實(shí)用新型所述的移動(dòng)機(jī)器人本體12采用四輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)(左前輪8、左后輪9、右前輪10和右后輪11均為驅(qū)動(dòng)輪)，差速轉(zhuǎn)向方式。當(dāng)機(jī)器人本體12在水平地面上行駛時(shí)，忽略機(jī)器人本體12各輪子與地面之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，即不打滑，其主要受到滾動(dòng)摩擦力矩的作用。
[0023]機(jī)器人本體12的長(zhǎng)度為M，寬度為L(zhǎng)，機(jī)器人本體12的中心從Q運(yùn)動(dòng)到C2點(diǎn)。為左前輪8向前的速度，為右前輪10向前的速度，為左前輪8的絕對(duì)速度，為右前輪10的絕對(duì)速度，為左前輪8在車(chē)寬方向的滑移速度，為右前輪10在車(chē)寬方向的滑移速度。當(dāng)時(shí)，，此時(shí)機(jī)器人本體12沿直線行駛；當(dāng)時(shí)，，此時(shí)機(jī)器人本體12進(jìn)行轉(zhuǎn)向。
[0024]如圖3所示，本實(shí)用新型一種輪式移動(dòng)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)所述的激光避障示意圖。建立直角坐標(biāo)系，0點(diǎn)為激光測(cè)距儀7的位置，即激光測(cè)距儀7安裝在機(jī)器人本體12的正前方中點(diǎn)位置，機(jī)器人要想到達(dá)目標(biāo)位置13，需要避過(guò)障礙物14和障礙物15。
[0025]本實(shí)用新型所述的激光測(cè)距儀7的最大掃描范圍為4m，角度分辨率為0.36°，將機(jī)器人12正前方180°按照每個(gè)區(qū)間3.6°進(jìn)行劃分(為了繪圖簡(jiǎn)便，圖3中每個(gè)區(qū)間為10° )，一共可以劃分50個(gè)區(qū)間，每個(gè)區(qū)間包含了激光測(cè)距儀的11個(gè)距離數(shù)據(jù)(前一個(gè)區(qū)間的最后一個(gè)距離數(shù)據(jù)作為本區(qū)間的第一個(gè)距離數(shù)據(jù))；找出每個(gè)區(qū)間中11個(gè)距離數(shù)據(jù)的最小值，并將該最小值與預(yù)先設(shè)置的閾值R(R〈4m)進(jìn)行比較，若該最小值小于R，則表明該區(qū)間有障礙物，若該最小值大于等于R，則表明該區(qū)間無(wú)障礙物，即該區(qū)間為可行區(qū)間；將所有相鄰的可行區(qū)間進(jìn)行合并，來(lái)構(gòu)成可行扇區(qū)，則共構(gòu)成3個(gè)可行扇區(qū):扇區(qū)16、扇區(qū)17和扇區(qū)18 ;由于扇區(qū)16過(guò)小，機(jī)器人無(wú)法通過(guò)，所以扇區(qū)16為無(wú)效扇區(qū)，予以舍去；當(dāng)機(jī)器人通過(guò)扇區(qū)18避障時(shí)，避障后的位置將偏離目標(biāo)位置13，而當(dāng)機(jī)器人通過(guò)扇區(qū)17進(jìn)行避障時(shí)，避障后的位置接近目標(biāo)位置13 ;因此，取扇區(qū)17的角平分線0C為機(jī)器人本體12的最優(yōu)避障方向。
[0026]上述實(shí)施例僅為本實(shí)用新型的最佳實(shí)施例，其描述較為具體和詳細(xì)，但并非用以限制本實(shí)用新型。應(yīng)該指出的是，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本實(shí)用新型構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些顯而易見(jiàn)的替換形式均屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.輪式移動(dòng)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，包括遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)和車(chē)載控制系統(tǒng)，其特征在于:所述的遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)由遠(yuǎn)程控制端和無(wú)線數(shù)傳模塊組成，所述遠(yuǎn)程控制端與無(wú)線數(shù)傳模塊連接，且無(wú)線數(shù)傳模塊設(shè)置有天線，所述車(chē)載控制系統(tǒng)由通訊模塊、控制模塊、激光避障模塊、供電模塊、驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向模塊組成，所述通訊模塊包括無(wú)線數(shù)傳模塊及與無(wú)線數(shù)傳模塊連接的天線，所述控制模塊包括工控機(jī)及設(shè)置在工控機(jī)上的運(yùn)動(dòng)控制卡，所述驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向模塊包括依次連接的編碼器、驅(qū)動(dòng)器、電機(jī)、減速箱、車(chē)輪，所述通訊模塊的無(wú)線數(shù)傳模塊與控制模塊的工控機(jī)連接，所述運(yùn)動(dòng)控制卡與驅(qū)動(dòng)器連接，所述控制模塊還與激光避障模塊和供電模塊連接。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輪式移動(dòng)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，其特征在于:所述的遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)由一臺(tái)帶有觸摸屏顯示器和無(wú)線數(shù)傳模塊的PC機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輪式移動(dòng)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，其特征在于:所述的供電模塊選用24V鋰電池組和24V轉(zhuǎn)5V模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輪式移動(dòng)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，其特征在于:所述的控制模塊選用運(yùn)動(dòng)控制卡作為微控制器，并將其插入工控機(jī)的PCI插槽中，實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)器人四套驅(qū)動(dòng)裝置的精確控制。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輪式移動(dòng)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，其特征在于:所述的通訊模塊選用無(wú)線通訊方式。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輪式移動(dòng)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，其特征在于:所述的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向模塊選用四輪驅(qū)動(dòng)、差速轉(zhuǎn)向方式，即機(jī)器人四個(gè)輪子均為驅(qū)動(dòng)輪。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輪式移動(dòng)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，其特征在于:所述的避障模塊采用激光避障方式。
【專利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種輪式移動(dòng)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，其特征在于包括了遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)和車(chē)載控制系統(tǒng)，所述的遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)由遠(yuǎn)程控制端和無(wú)線數(shù)傳模塊組成，所述遠(yuǎn)程控制端與無(wú)線數(shù)傳模塊連接，所述車(chē)載控制系統(tǒng)由通訊模塊、控制模塊、激光避障模塊、供電模塊、驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向模塊組成，遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)通過(guò)無(wú)線數(shù)傳模塊將控制指令發(fā)送給車(chē)載控制系統(tǒng)，車(chē)載控制系統(tǒng)在接收指令之后對(duì)其進(jìn)行解析，同時(shí)結(jié)合機(jī)器人上的傳感器所采集到的環(huán)境數(shù)據(jù)，進(jìn)而控制各個(gè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)；車(chē)載控制系統(tǒng)同時(shí)也把反饋的信息通過(guò)無(wú)線數(shù)傳模塊傳送給遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)，以便遙操作人員進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，本實(shí)用新型可以使輪式移動(dòng)機(jī)器人具有較強(qiáng)的驅(qū)動(dòng)能力、較高的運(yùn)動(dòng)控制精度以及較好的自主避障能力。
【IPC分類(lèi)】G05D1/02
【公開(kāi)號(hào)】CN205068155
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520703980
【發(fā)明人】王欣
【申請(qǐng)人】淮陰師范學(xué)院
【公開(kāi)日】2016年3月2日
【申請(qǐng)日】2015年9月5日