一種智能割草機器人控制系統的製作方法

2023-12-06 19:07:46 3

專利名稱：一種智能割草機器人控制系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種智能割草機器人控制系統。適用於在家庭、公共服務空間 等場所進行綠地護理等服務。
背景技術：
目前，機器人大都應用接觸性傳感器實現機器人自主導航，這類系統精度 比較高，須利用超聲數據，識別和跟蹤道路邊緣，將超聲數據與圖像數據結合， 通過事先訓練好的神經網絡來預測障礙物可能位置，使機器人在動態非結構化 環境中實現自主導航。家用服務型機器人由於製造成本和生產工藝的因素，以 上技術在應用上則較為困難，另外，現有的機器人還存在著人為參與動作過多， 功耗高，噪音大等問題。

發明內容
本發明要解決的技術問題是提供一種用單片機和紅外線收發技術實現自 動導航、避障、檢測和操作的機器人智能控制系統。
本發明所採用的技術方案是 一種機器人智能控制系統，其特徵在於該控 制系統包括單片機主控單元、A/D轉換器、電壓檢測電路、氣體檢測電路、顆 粒流量檢測電路、防撞電路、對地紅外防跌落電路、導航電路、驅動電路和電 源電路，其中
單片機主控單元由微處理器A和微處理器B組成，微處理器A、微處理器 B和A/D轉換器之間通過功能端腳互相連接，實現控制系統的數據交換與操作; 電壓檢測電路的輸出信號送到處理器B的腳2，用於監控系統的電壓； 氣體檢測電路的輸出信號送到微處理器B的腳8，用於判斷空氣的綜合質
顆粒流量檢測電路由一對紅外發射、接收管採集信號，輸出的電信號發送 至A/D轉換器的腳19，轉換成數位訊號後進入微處理器A進行處理，輸出信號 用於控制驅動電路；
防撞電路由二對紅外發射、接收管採集信號，輸出的二路信號分別輸至微 處理器B的腳9和腳11，輸出信號用於控制驅動電路；對地紅外防跌落電路由四對紅外發射、接收管採集信號，其輸出信號經放
大後接入微處理器A的腳40、腳7、腳5、腳8，輸出信號用於控制驅動電路;
導航電路由四對紅外發射、接收管和二對霍爾傳感器採集信號，輸出信號 經多路切換電路1;4後輸出到運算放大器112進行信號處理，處理過的信號經U2 的腳7輸出至A/D轉換器的腳14進行A/D轉換，轉換後的數位訊號進入微處 理器A進行處理，輸出信號用於控制驅動電路；
驅動電路接受微處理器A的控制，由四位數值比較器U9、 U1，電機驅動 器Uu和晶振電路Us組成，U9、 Uuj取樣電平由U8的腳3、 4、 5、 6在4M晶振 分頻後得到，U 的輸出信號分別控制兩個減速電機的方向和速度。
本發明的有益效果是通過單片機控制和紅外線收發技術，採用直接自適 應器對機器人進行軌跡控制的方案；進行脈寬調製(PWM)分段，步進式輸出 1Hz 3kHz的PWM，它佔用的CPU時間短。可實現服務型機器人的自動導航、 避障、檢測和操作，無須人為操作，此設計的結構簡單、成本低、可靠性好、 抗幹擾能力強。


圖l是本發明的系統結構圖。
圖2-l是本發明的原理總圖。
圖2-2是本發明的另一原理總圖。
圖3是圖2-2中電壓檢測電路的原理圖。
圖4是圖2-2中氣體檢測電路的原理圖。
圖5是圖2-1中顆粒流量檢測電路的原理圖。
圖6是圖2-2中防撞電路的原理圖。
圖7是圖2-1中對地紅外防跌落電路的原理圖。
圖8是圖2-1中導航電路的原理圖。
圖9是圖2-1中驅動電路的原理圖。
圖10是圖2-1中電源電路的原理圖。
圖11是圖2-1中電源開關電路的原理圖。
圖12是圖2-1中風機及告警電路的原理圖。
具體實施例方式
如圖1所示，本實施例由微處理器A1、微處理器B2、 A/D轉換器3、電壓檢測電路4、氣體檢測電路5、顆粒流量檢測電路6、防撞電路7、對地紅外 防跌落電路8、導航電路9、驅動電路10和電源電路11組成。
如圖2、圖3所示，微處理器A(Uu型號68HC705C9A，以下簡稱1112) 1 和微處理器B(U^型號AT89C2051，以下簡稱1;31) 2組成單片機主控單元， 單片機主控單元和A/D轉換器3 (U3型號68HC68，以下簡稱113)之間通過 功能端腳互相連接，實現控制系統的數據交換與操作。
電壓檢測電路4由電阻R^、 R32、 R3Q3、 Wi組成取樣電路，取樣電壓經分 壓後輸送到比較器U則A(型號LM393)， U卿A的腳2大約有2.5V左右的電壓， 而U300A腳3的電壓經分壓後如果此電位高於腳2的電位，U300A的腳1輸出 高電平，反之輸出低電平，輸出信號送到1131的腳2，用於監控系統的電壓並 點亮LED。
氣體檢測電路5中的氣體探頭檢測出空氣品質汙染嚴重時，由J33的腳3 輸出高電平信號，送到比較器U鄉B的腳6，與U鄉B的腳5做電位比較，由於 腳6為反向輸入端，此時U3ooB的腳7輸出低電平，送到1131的腳8。如果空氣
質量良好，則U300B的腳7輸出高電平。電阻11323、 W2、 C犯6組成一個基準電壓電路。
顆粒流量檢測電路6由JP7的腳4、 5導通5V紅外線發射管，該管與JP9 的腳5的接收管形成對射，當固體顆粒擾動，使紅外線接收量降低，形成低電 平，直接發送信號到U3的腳19，轉換成數位訊號後進入微處理器Uu進行處理， 輸出信號用於控制驅動電路10。
防撞電路7由二對紅外發射、接收管IR5、 IR6採集信號，從J鄉的腳1、腳
4輸出二路信號，分別經三極體Q3股、Q3。3放大後輸至微處理器U3(H的腳11和
腳9，輸出信號用於控制驅動電路10。
對地紅外防跌落電路8由四對紅外發射、接收管採集信號，紅外接收管的
輸入信號分別輸到JP9的腳7、 JP7的腳1、 JPs腳3、 JP2的腳5，其輸出信號分 別通過JP9的腳7、 JP7的腳1、 JPs的腳3、 JP2的腳5輸送到三極體Q8(u、 Q802、
Q鵬、Qm的基極，信號經放大後接入微處理器U12的腳40、腳7、腳5、腳8， 輸出信號用於控制驅動電路10。
導航電路9由四對紅外發射、接收管和二對霍爾傳感器採集信號，紅外接 收管IRp IR2、 IR3、 IR4的輸入信號分別送到多路切換電路LU(型號MC14052B)的腳11、 12、 15、 14， U4的輸出信號通過腳13、 3輸出到U2 (型號TLV2274M) 的腳13、 IO進行信號處理，處理過的信號經U2的腳7輸出至U3的腳14進行 A/D轉換，轉換後的數位訊號進入微處理器1112進行處理，輸出信號用子控制 驅動電路IO。
霍爾傳感器Hp H2的輸出信號輸送到U3的腳9和腳11，經過A/D轉換後 的時序脈衝進入微處理器U12的腳34、 35，經CPU運算後控制驅動電路10中 電機的轉向。
驅動電路10接受微處理器Uu的控制，由四位數值比較器U9 (型號 MC74HC85)和U1(型號MC74HC85)，電機驅動器Uu (型號L6204)和晶 振電路Us (型號SN74HC393)組成。控制信號由微處理器U12的腳13、 14、 15、 16腳輸出至四位數值比較器U9的腳10、 12、 13、 15，微處理器1112的腳 18、 19、 20、 21輸出至四位數值比較器Uu)的腳10、 12、 13、 15，經判斷後， 其中一路U9的腳7和腳5輸出到Uu的腳9和腳12，再由U 的腳4和腳18 輸出，控制JP2的腳1、 2的右減速電機的速度；另一路Uu)的腳7和腳5輸出 到Un的腳2和腳19，由Un的腳7和腳13輸出，控制JPs的腳l、 2左減速電 機的速度。U9、 Uu)的取樣電平由U8的腳3、 4、 5、 6在4M晶振分頻後得到。
電源電路ll， 12V電池電壓經三端穩壓管Us (型號78L05)穩壓後，輸出 5V電壓，供給機器電源。其中Uu為主5V，供給CPU及其外設，Us為從5V， 供給探頭及U2、 U6 (型號TLV2272M)。
電源開關電路，當按下電源"開"鍵時，Qs的基極處於高電平，Qs導通， 繼電器吸合，Uu在通電後從腳12輸出高電平鎖住Q5的基極電位，讓繼電器一 直處於吸合狀態。當按下"關"鍵時，Qs的基極為低電平，三極體截止，繼電 器斷開。
風機及告警電路，當要啟動12V電機時，1112的腳IO輸出高電平，Q6導通， 風機開始工作。Ru為下拉電阻，Ri為保護電阻。同理，當設備在需要告警時， Ui2的腳9輸出高電平，Q3導通，蜂鳴器得電發出告警聲音。
權利要求
1、一種智能割草機器人控制系統，其特徵在於該控制系統包括單片機主控單元、A/D轉換器(3)、電壓檢測電路(4)、氣體檢測電路(5)、顆粒流量檢測電路(6)、防撞電路(7)、對地紅外防跌落電路(8)、導航電路(9)、驅動電路(10)和電源電路(11)，其中
2、 單片機主控單元由微處理器A (1)和微處理器B (2)組成，微處理器A (1)、 微處理器B (2)和A/D轉換器(3)之間通過功能端腳互相連接，實現控制系統的數據 交換與操作；
3、 根據權利要求l所述的電壓檢測電路(4)的輸出信號送到處理器B (2)的腳2， 用於監控系統的電壓；
4、 根據權利要求1所述的氣體檢測電路(5)的輸出信號送到微處理器B (2)的腳8， 用於判斷空氣的綜合質量；
5、 根據權利要求1所述的顆粒流量檢測電路(6)由一對紅外發射、接收管採集信號， 輸出的電信號發送至A/D轉換器(3)的腳19,轉換成數位訊號後進入微處理器A (1) 進行處理，輸出信號用於控制驅動電路(10);
6、 根據權利要求1所述的防撞電路(7)由二對紅外發射、接收管採集信號，輸出的 二路信號分別輸至微處理器B (2)的腳9和腳11，輸出信號用於控制驅動電路(10);
7、 根據權利要求1所述的對地紅外防跌落電路(8)由四對紅外發射、接收管採集信 號，其輸出信號經放大後接入微處理器A (1)的腳40、腳7、腳5、腳8，輸出信號用於 控制驅動電路(10);
8、 根據權利要求l所述的導航電路(9)由四對紅外發射、接收管和二對霍爾傳感器採集信號，輸出信號經多路切換電路Ut後輸出到運算放大器U2進行信號處理，處理過的信號經U2的腳7.輸出至A/D轉換器(3)的腳14進行A/D轉換，轉換後的數位訊號進入 微處理器A (1)進行處理，輸出信號用於控制驅動電路(10);
9、 根據權利要求1所述的驅動電路(10)接受微處理器A (1)的控制，由四位數值比較器U9、 U1Q，電機驅動器11 和晶振電路118組成，U9、 UK)取樣電平由Us的腳3、 4、 5、 6在4M晶振分頻後得到，Uu的輸出信號分別控制兩個減速電機的方向和速度。
全文摘要
一種智能割草機器人控制系統，適用於在家庭、公共服務空間等場所進行綠地護理等服務，其特徵在於該控制系統包括單片機主控單元、A/D轉換器、電壓檢測電路、氣體檢測電路、顆粒流量檢測電路、防撞電路、對地紅外防跌落電路、導航電路、驅動電路和電源電路。通過單片機控制和紅外線收發技術，採用直接自適應器對機器人進行軌跡控制的方案；進行脈寬調製(PWM)分段，步進式輸出1Hz～3kHz的PWM，它佔用的CPU時間短。與傳統割草機相比，智能割草機器人控制系統可以自動導航、避障、檢測和操作，無須人為操作，此設計的結構簡單、成本低、可靠性好、抗幹擾能力強。
文檔編號G05B19/04GK101436039SQ20071004808
公開日2009年5月20日 申請日期2007年11月12日 優先權日2007年11月12日
發明者應衛強, 魏慶前 申請人:上海創繪機器人科技有限公司