搬運機器人主控系統的製作方法
2023-06-11 06:15:01 1
專利名稱：搬運機器人主控系統的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及機器人領域，尤其涉及一種搬運機器人主控系統。
背景技術：
隨著社會發展和科技進步，機器人在當前生產生活中得到了越來越廣泛的應用。移動機器人是研發較早的一種機器人，移動機構主要有輪式、履帶式、腿式、蛇行式、跳躍式和複合式。其中履帶式具有接地比壓小，在鬆軟的地面附著性能和通過性能好，爬樓梯、越障平穩性高，良好的自復位能力等特點。但是履帶式移動平臺的速度較慢、功耗較大、轉向時對地面破壞程度大。腿式機器人雖能夠滿足某些特殊的性能要求，能適應複雜的地形，但由於其結構自由度太多、機構複雜，導致難於控制、移動速度慢、功耗大。蛇行式和跳躍式雖然在某些方面，如複雜環境、特殊環境、機動性等具有其獨特的優越性，但也存在一些致命的缺陷，如承載能力、運動平穩性等。複合式機器人雖能適應複雜環境或某些特殊環境，如管道，有的甚至還可以變形，但其結構及控制都比較複雜。相比之下，輪式移動機器人由於其具有自重輕、承載大、機構簡單、驅動和控制相對方便、行走速度快、機動靈活、工作效率高等優點，而被大量應用於工業、農業、反恐防爆、家庭、空間探測等領域。目前，業內需要一種能夠讓滾輪移動機器人自動定位搬運物體的控制系統。
實用新型內容本實用新型要解決的技術問題是，針對現有技術的不足，提供一種搬運機器人主控系統，能夠讓滾輪移動機器人自動定位搬運物體。根據本實用新型一個方面，提供一種搬運機器人主控系統，包括:運動狀態探測模塊，用於探測機器人的運動數據；FPGA晶片，適於通過運動狀態探測模塊測得的數據得到機器人的規定區域內的坐標，並根據執行API來控制機器人運動；運動執行模塊，用於接收FPGA晶片的控制，讓機器人運動；ARM晶片，與FPGA晶片連接，適於根據來自FPGA晶片的數據形成執行API，並發送給FPGA晶片；控制輸入模塊，用於向ARM晶片發送用戶指令。可選的，所述運動狀態探測模塊包括:陀螺模塊，適於探測角速度；正交編碼器，適於探測速度；和接近開關，適於感應所尋物體；所述陀螺模塊、正交編碼器和接近開關分別與所述FPGA晶片連接；通過由陀螺模塊測得的角速度積分得到機器人的角度和由正交編碼器配合的碼盤測得的速度的積分得到機器人的位移，所述FPGA晶片獲得機器人的規定區域內的坐標。[0019]可選的，所述運動執行模塊包括:電平轉換模塊，與FPGA晶片連接； 電機模塊和舵機模塊，與電平轉換模塊連接。可選的，所述控制輸入模塊包括:手柄，通過RS232串口與ARM晶片連接，用於控制機械手的移動、抓取，從而達到搬運物體的目的；PC機，用於將寫好的程序通過串口送入到ARM晶片中。可選的，所述的搬運機器人主控系統還包括:主控母板，承載所述FPGA晶片和ARM晶片；和與主控母板連接的電源模塊，向位於主控母板的所述ARM晶片和FPGA晶片供電。可選的，所述電源模塊為帶有自主設置PWM生成模塊的穩壓電源；PWM生成模塊在機器人不同工作條件下能生成不同的PWM波形，調整佔空比，以保證各部分工作電路電壓穩定。可選的，所述FPGA晶片適於將得到的數據通過並行總線傳給ARM晶片的底層驅動區域，從而形成ARM晶片上層動作執行API ；所述FPGA晶片適於在接受到執行API後，控制PWM生成模塊生成不同的PWM波形，控制舵機的正反轉及其轉速，從而達到機器人自動尋徑的目的。可選的，所述ARM晶片的型號為EasyARM1138，晶片以及外圍電路組成ARM晶片最小工作電路；所述FPGA晶片的型號為EP1C3，包括外圍最小工作電路。可選的，所述接近開關是型號為M18的超聲波接近開關；所述正交編碼器型號為HEDS-9700 ;所述陀螺模塊為型號為CMR3000的速率陀螺儀。可選的，所述舵機模塊採用的驅動器為Accelnet，且舵機為Maxon步進電機；所述電機模塊的電機所用型號為Maxon步進電機；所述電平轉換模塊的型號為74LVC4245。本實用新型採用上述結構後，機器人雖然具有運動穩定性與路面的路況有很大關係、在複雜地形如何實現精確的軌跡控制等問題，但是自重輕、機構簡單、驅動和控制相對方便、行走速度快、機動靈活、工作效率較高，為其應用於工業、反恐防爆、家庭、空間探測領域提供了 一種新的系統實現方法。
圖1為本實用新型一個實施例中提供的搬運機器人主控系統的結構示意圖；圖2為本實用新型一個實施例中提供的搬運機器人主控系統的PWM生成模塊輸入輸出示意圖；圖3為本實用新型一個實施例中提供的搬運機器人主控系統的舵機與自製電機驅動器原理圖；圖4為本實用新型一個實施例中提供的手柄的RS232串口的示意圖。上述圖中的附圖標記包括:1、接近開關；2、陀螺模塊；3、手柄；4、ARM晶片；5、PC機；6、電機模塊；7、舵機模塊；8、電平轉換晶片；9、正交編碼器；10、FPGA晶片；11、電源模塊。
具體實施方式
為了使本實用新型的目的、技術方案及優點更加清楚明白，
以下結合附圖，對本實用新型進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本實用新型，並不用於限定本實用新型。根據本實用新型一個實施例，提供一種搬運機器人主控系統，如圖1所示，包括:接近開關1、陀螺模塊2、手柄3、ARM晶片4、PC機5、電機模塊6、舵機模塊7、電平轉換晶片8、正交編碼器9、FPGA晶片10、電源模塊11 ；所述ARM晶片4分別與手柄3、PC機5、FPGA晶片10連接；PC機將寫好的程序通過串口送入到ARM晶片4中；所述FPGA晶片10分別與陀螺模塊2、接近開關1、正交編碼器9、電平轉換晶片8連接；所述電平轉換晶片8分別與電機模塊6、舵機模塊7連接；所述電源模塊11與主控母板連接，向位於主控母板的所述ARM晶片4、FPGA晶片10供電；電源模塊11為帶有自主設置PWM生成模塊的穩壓電源。該主控系統的工作過程舉例描述如下:在機器人行動的過程中，由陀螺模塊2測得的角速度積分得到機器人的角度和由正交編碼器9配合的碼盤測得的速度的積分得到機器人的位移，因而可以得到機器人的規定區域內的坐標，FPGA晶片10將得到的數據通過並行總線傳給ARM晶片4的底層驅動區域，形成ARM晶片4上層動作執行API ；FPGA接受到執行API後，控制PWM生成模塊生成不同的PWM波形，控制舵機的正反轉及其轉速，達到機器人自動尋徑的目的。當機器人快要到達目的地時，接近開關I感應到所尋物體，產生信號經過ARM晶片4判斷產生停止指令，使舵機模塊7停止工作，機器人停止移動。在到達目的地後，通過手柄3控制機械手的移動、抓取，從而達到搬運物體的目的。其中，PWM生成模塊在機器人不同工作條件下能生成不同的PWM波形，調整佔空t匕，以保證各部分工作電路電壓穩定。上面結合附圖對本實用新型進行了示例性描述，上述搬運機器人主控系統能驅動一個可以自動尋徑的搬運機器人，其工作效率高，機械結構簡單，為其應用到工業、農業、家庭等領域提供了一種新的思想方法和系統實現。根據本實用新型一個實施例，ARM晶片4的型號為EasyARM1138，晶片以及外圍電路組成ARM晶片最小工作電路。根據本實用新型一個實施例，FPGA晶片10的型號為EP1C3，包括外圍最小工作電路。根據本實用新型一個實施例，舵機模塊7所用驅動器為Accelnet，且舵機為Maxon步進電機。根據本實用新型一個實施例，電機模塊6所用驅動器為自製驅動器(原理圖見圖3),電機所用型號為Maxon步進電機。根據本實用新型一個實施例，電平轉換模塊8型號為74LVC4245。根據本實用新型一個實施例，接近開關I是型號為M18的超聲波接近開關。正交編碼器型9號為HEDS-9700。陀螺模塊2是型號為CMR3000的速率陀螺儀。根據本實用新型一個實施例，所述手柄3為普通遊戲手柄，通過RS232串口與ARM晶片連接。所述RS232串口是經過改造後的帶電串口(如圖4)。根據本實用新型一個實施例，所述電源模塊為帶有自主設置PWM生成模塊的穩壓電源。所述PC機為常用PC上位機。本實用新型實用上述結構後，機器人雖然具有運動穩定性與路面的路況有很大關係、在複雜地形如何實現精確的軌跡控制等問題，但是自重輕、機構簡單、驅動和控制相對方便、行走速度快、機動靈活、工作效率較高，為其應用於工業、反恐防爆、家庭、空間探測領域提供了 一種新的系統實現方法。應該注意到並理解，在不脫離後附的權利要求所要求的本實用新型的精神和範圍的情況下，能夠對上述詳細描述的本實用新型做出各種修改和改進。因此，要求保護的技術方案的範圍不受所給出的任何特定示範教導的限制。
權利要求1.一種搬運機器人主控系統，其特徵在於，包括: 運動狀態探測模塊，用於探測機器人的運動數據； FPGA晶片，適於通過運動狀態探測模塊測得的數據得到機器人的規定區域內的坐標，並根據執行API來控制機器人運動； 運動執行模塊，用於接收FPGA晶片的控制，讓機器人運動； ARM晶片，與FPGA晶片連接，適於根據來自FPGA晶片的數據形成執行API，並發送給FPGA晶片； 控制輸入模塊，用於向ARM晶片發送用戶指令。
2.根據權利要求1所述的搬運機器人主控系統，其特徵在於，所述運動狀態探測模塊包括: 陀螺模塊，適於探測角速度； 正交編碼器，適於探測速度；和 接近開關，適於感應所尋物體； 所述陀螺模塊、正交編碼器和接近開關分別與所述FPGA晶片連接； 通過由陀螺模塊測得的角速度積分得到機器人的角度和由正交編碼器配合的碼盤測得的速度的積分得到機器人的位移，所述FPGA晶片獲得機器人的規定區域內的坐標。
3.根據權利要求1所述的搬運機器人主控系統，其特徵在於，所述運動執行模塊包括: 電平轉換模塊， 與FPGA晶片連接； 電機模塊和舵機模塊，與電平轉換模塊連接。
4.根據權利要求1所述的搬運機器人主控系統，其特徵在於，所述控制輸入模塊包括: 手柄，通過RS232串口與ARM晶片連接，用於控制機械手的移動、抓取，從而達到搬運物體的目的； PC機，用於將寫好的程序通過串口送入到ARM晶片中。
5.根據權利要求1所述的搬運機器人主控系統，其特徵在於，還包括: 主控母板，承載所述FPGA晶片和ARM晶片；和 與主控母板連接的電源模塊，向位於主控母板的所述ARM晶片和FPGA晶片供電。
6.根據權利要求5所述的搬運機器人主控系統，其特徵在於，所述電源模塊為帶有自主設置PWM生成模塊的穩壓電源； PWM生成模塊在機器人不同工作條件下能生成不同的PWM波形，調整佔空比，以保證各部分工作電路電壓穩定。
7.根據權利要求5所述的搬運機器人主控系統，其特徵在於: 所述FPGA晶片適於將得到的數據通過並行總線傳給ARM晶片的底層驅動區域，從而形成ARM晶片上層動作執行API ； 所述FPGA晶片適於在接受到執行API後，控制PWM生成模塊生成不同的PWM波形，控制舵機的正反轉及其轉速，從而達到機器人自動尋徑的目的。
8.根據權利要求1所述的搬運機器人主控系統，其特徵在於: 所述ARM晶片的型號為EasyARMl 138，晶片以及外圍電路組成ARM晶片最小工作電路； 所述FPGA晶片的型號為EP1C3，包括外圍最小工作電路。
9.根據權利要求2所述的搬運機器人主控系統，其特徵在於:所述接近開關是型號為M18的超聲波接近開關；所述正交編碼器型號為HEDS-9700 ；所述陀螺模塊為型號為CMR3000的速率陀螺儀。
10.根據權利要求3所述的搬運機器人主控系統，其特徵在於:所述舵機模塊採用的驅動器為Accelnet， 且舵機為Maxon步進電機；所述電機模塊的電機所用型號為Maxon步進電機；所述電平轉換模塊的型號為74LVC4245。
專利摘要本實用新型提供一種搬運機器人主控系統，包括運動狀態探測模塊，用於探測機器人的運動數據；FPGA晶片，適於通過運動狀態探測模塊測得的數據得到機器人的規定區域內的坐標，並根據執行API來控制機器人運動；運動執行模塊，用於接收FPGA晶片的控制，讓機器人運動；ARM晶片，與FPGA晶片連接，適於根據來自FPGA晶片的數據形成執行API，並發送給FPGA晶片；控制輸入模塊，用於向ARM晶片發送用戶指令。機構簡單、驅動和控制相對方便、行走速度快、機動靈活、工作效率較高，為其應用於工業、反恐防爆、家庭、空間探測領域提供了一種新的系統實現方法。
文檔編號B25J13/08GK203003899SQ20132003919
公開日2013年6月19日 申請日期2013年1月11日 優先權日2013年1月11日
發明者陳孟元, 柴燦, 李騰飛 申請人:安徽工程大學