轮式移动机器人控制系统技术方案

本发明专利技术公开一种轮式移动机器人控制系统，包括布置于机器人内部的机载计算机、微控制器单元、电源管理单元、CAN接口卡、运动单元、无线通信单元、温度监控单元和布置于机器人外部的传感器单元、无线路由器、若干非机载计算机、若干手机、若干pad、接口面板和控制面板；内部器件和外部器件通过接口面板实现电气连接。本发明专利技术的优点为：通过改变接口面板上接口之间的连接，接口与传感器单元、无线路由器的连接，可以灵活的改变系统的控制架构；通过WIFI可以扩展若干非机载计算机、若干手机和若干pad作为控制器，协同控制机器人，实现了机器人的分布式控制；同时，接口面板上丰富的接口使得系统具有强大的扩展能力。

Control System of Wheeled Mobile Robot

【技术实现步骤摘要】
轮式移动机器人控制系统
本专利技术涉及一种轮式移动机器人控制系统，具体说是一种控制架构灵活可变、具备分布式控制能力、扩展性强的轮式移动机器人控制系统，属于移动机器人领域。
技术介绍
近年来，随着技术的不断进步，移动机器人，特别是轮式移动机器人已经在家庭服务、工厂自动化、外星球探测、危险场所救援等领域得到了广泛的应用。轮式移动机器人已经在社会生产、人民生活的各个方面显示出越来越重要的作用和地位。随着在各个领域应用的不断深入，轮式移动机器人的运行环境变得更加复杂和多变，这对轮式移动机器人控制系统也提出了更高的要求。传统轮式移动机器人一般采用单一控制器，集中式控制，计算能力有限，很难负担日益复杂的控制算法；配备的传感器较为单一，对越来越复杂的环境难以适应；扩展能力较差，当需要扩展传感器、执行器或控制器时，只能重新设计控制系统。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服传统轮式移动机器人控制系统的不足之处，提供一种控制架构灵活可变、具备分布式控制能力、扩展性强的轮式移动机器人控制系统。一种轮式移动机器人控制系统，包括机载计算机、微控制器单元、电源管理单元、无线路由器、若干非机载计算机、若干手机、若干pad、CAN接口卡、传感器单元、运动单元、无线通信单元、温度监控单元、接口面板和控制面板；其中，机载计算机、微控制器单元、电源管理单元通过网线与无线路由器通信；若干非机载计算机、若干手机、若干pad通过WIFI与无线路由器通信；以无线路由器为信息交换中间节点，机载计算机、微控制器单元、电源管理单元、若干非机载计算机、若干手机、若干pad之间相互交换信息；机载计算机与CAN接口卡通过USB接口相连；传感器单元中的不同传感器分别连接至机载计算机、微控制器单元和无线路由器；运动控制单元通过CAN总线既可以和CAN接口卡相连也可以与微控制器单元相连；无线通信单元与微控制器单元相连；电源管理单元为整个系统提供供电，同时与温度监控单元相连，控制温度监控单元；机载计算机与微控制器通过串口相连，通过串口进行信息交互；微控制器和电源管理单元可以通过SPI连接，通过SPI进行信息交互；机载计算机、微控制器单元、电源管理单元、CAN接口卡、运动单元布置于机器人内部，通过电缆与接口面板连接；传感器单元和无线路由器布置于机器人的外部；通过接口面板与机器人内部的机载计算机、微控制器单元、电源管理单元、CAN接口卡、运动单元实现电气连接。所述传感器单元包括超声波传感器、姿态传感器、RGB-D传感器、GPS传感器和激光雷达传感器。其中激光雷达传感器通过网线与无线路由器通信。所述运动单元包括四套相同的由伺服驱动器和电机组成的运动模组。四套运动模组分别驱动轮式移动机器人的一个车轮运动。所述无线通信单元包括2.4G无线模块和蓝牙通信模块，它们分别通过SPI和串口与微控制器单元通信。所述温度监控单元包括若干温度传感器和若干散热风扇。通过温度传感器对机器人内部的温度检测，控制散热风扇的运行，从而保证系统温度维持在合适的范围内。所述接口面板上设置的接口包括机载计算机接口、CAN接口卡接口、运动单元接口、微控制器单元接口和电源管理单元接口；其中，所述机载计算机接口有USB接口、网口、MIC接口、耳机接口、串口和HDMI接口；所述CAN接口卡接口为CAN接口；所述运动单元接口为CAN接口；所述微控制器单元接口有USB接口、串口、网口和CAN接口；所述电源管理单元接口有DC24V、DC12V、DC5V接口和网口。通过改变所述接口面板上接口之间的连接，接口与传感器单元、无线路由器的连接，可以灵活的改变系统的控制架构，实现形式有以下四种：(1)单一机载计算机作为控制器：接口面板上运动单元的CAN接口与CAN接口卡的CAN接口连接；超声波传感器、姿态传感器与CAN接口卡的CAN接口连接；RGB-D摄像头与机载计算机接口的USB接口连接；GPS传感器与机载计算机的串口连接。(2)单一微控制器作为控制器：接口面板上运动单元的CAN接口与微控制器的CAN接口连接；超声波传感器和姿态传感器的CAN接口与微控制器单元的CAN接口连接；RGB-D传感器与微控制器单元的USB接口连接；GPS传感器与微控制器单元的串口相连接；(3)机载计算机和微控制器单元组成双控制器：接口面板上运动单元的CAN接口与微控制器的CAN接口连接；超声波传感器、姿态传感器与CAN接口卡的CAN接口连接；RGB-D摄像头与机载计算机接口的USB接口连接；GPS传感器与机载计算机的串口连接。采用微控制器负责轮式移动机器人的运动控制，机载计算机进行外部环境的检测和高层算法的实现，联合实现轮式移动机器人的控制。(4)多控制器分布式控制：在上述(1)、(2)或(3)的基础上，通过WIFI扩展若干非机载计算机、若干手机和若干pad作为控制器，协同控制机器人，实现轮式移动机器人的分布式控制。所述控制面板上设置有2.4G通信天线、蓝牙通信天线、总电源开关和机载计算机开关。本专利技术的优点在于：1、控制架构灵活可变，通过改变所述接口面板上接口之间的连接，接口与传感器单元、无线路由器的连接，可以灵活的改变系统的控制架构；2、控制器可扩展，具备分布式控制能力，通过WIFI可以扩展若干非机载计算机、若干手机和若干pad作为控制器，协同控制机器人，实现轮式移动机器人的分布式控制；3、较强的扩展能力，在接口面板设置有丰富的接口，可以方便的扩展各类传感器、执行器和外置控制器；4、配置有丰富的传感器，具备更强的环境适应能力，能够在更加复杂的环境下运行；5、具备温度监控单元，能够保证轮式移动机器人长时间可靠运行。附图说明图1轮式移动机器人控制系统原理框图；图2轮式移动机器人控制系统电气连接框图；图3轮式移动机器人控制系统接口面板示意图；图4轮式移动机器人控制系统控制面板示意图；图5轮式移动机器人控制系统微控制器单元框图；图6轮式移动机器人控制系统电源管理单元框图。具体实施方式下面将结合附图对本专利技术做进一步的详细说明：一种轮式移动机器人控制系统，如图1和图2所示，包括机载计算机、微控制器单元、电源管理单元、无线路由器、若干非机载计算机、若干手机、若干pad、CAN接口卡、传感器单元、运动单元、无线通信单元、温度监控单元、接口面板和控制面板。下面分别介绍其实施方式。所述机载计算机采用研华AIMB-231G2Z-U3A1E工业计算机。所述无线路由器为TPLINK公司的TL-WDR7800。所述若干非机载计算机为配备有无线网卡的笔记本或台式电脑。所述若干手机和若干pad为系统为Android或IOS的智能手机和pad。所述CAN接口卡采用创芯光电科技有限公司的CANalyst-IIUSB转CAN接口卡。所述传感器单元包括：超声波传感器、姿态传感器、RGB-D传感器、GPS传感器和激光雷达传感器。其中，所述超声波传感器的探头采用深圳康通科技的KT40-1402D探头；所述姿态传感器采用LP-RESEARCH公司的LPMS-CANAL2；所述RGB-D传感器采用华硕Xtionprolive；所述GPS传感器采用GlobalSat公司的BR-355S4；所述激光雷达传感器采用Hokuyo的UST-10LX。所述运动单元包括四套相同的由伺服驱动器和电机组成的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种轮式移动机器人控制系统，其特征在于：包括机载计算机、微控制器单元、电源管理单元、无线路由器、若干非机载计算机、若干手机、若干pad、CAN接口卡、传感器单元、运动单元、无线通信单元、温度监控单元、接口面板和控制面板；其中，机载计算机、微控制器单元、电源管理单元通过网线与无线路由器通信；若干非机载计算机、若干手机、若干pad通过WIFI与无线路由器通信；以无线路由器为信息交换中间节点，机载计算机、微控制器单元、电源管理单元、若干非机载计算机、若干手机、若干pad之间相互交换信息；机载计算机与CAN接口卡通过USB接口相连；传感器单元中的不同传感器分别连接至机载计算机、微控制器单元和无线路由器；运动控制单元通过CAN总线既可以和CAN接口卡相连也可以与微控制器单元相连；无线通信单元与微控制器单元相连；电源管理单元为整个系统提供供电，同时与温度监控单元相连，控制温度监控单元；机载计算机与微控制器通过串口相连，通过串口进行信息交互；微控制器和电源管理单元可以通过SPI连接，通过SPI进行信息交互；机载计算机、微控制器单元、电源管理单元、CAN接口卡、运动单元布置于机器人内部，通过电缆与接口面板连接；传感器单元和无线路由器布置于机器人的外部；通过接口面板与机器人内部的机载计算机、微控制器单元、电源管理单元、CAN接口卡、运动单元实现电气连接。...

【技术特征摘要】
1.一种轮式移动机器人控制系统，其特征在于：包括机载计算机、微控制器单元、电源管理单元、无线路由器、若干非机载计算机、若干手机、若干pad、CAN接口卡、传感器单元、运动单元、无线通信单元、温度监控单元、接口面板和控制面板；其中，机载计算机、微控制器单元、电源管理单元通过网线与无线路由器通信；若干非机载计算机、若干手机、若干pad通过WIFI与无线路由器通信；以无线路由器为信息交换中间节点，机载计算机、微控制器单元、电源管理单元、若干非机载计算机、若干手机、若干pad之间相互交换信息；机载计算机与CAN接口卡通过USB接口相连；传感器单元中的不同传感器分别连接至机载计算机、微控制器单元和无线路由器；运动控制单元通过CAN总线既可以和CAN接口卡相连也可以与微控制器单元相连；无线通信单元与微控制器单元相连；电源管理单元为整个系统提供供电，同时与温度监控单元相连，控制温度监控单元；机载计算机与微控制器通过串口相连，通过串口进行信息交互；微控制器和电源管理单元可以通过SPI连接，通过SPI进行信息交互；机载计算机、微控制器单元、电源管理单元、CAN接口卡、运动单元布置于机器人内部，通过电缆与接口面板连接；传感器单元和无线路由器布置于机器人的外部；通过接口面板与机器人内部的机载计算机、微控制器单元、电源管理单元、CAN接口卡、运动单元实现电气连接。2.如权利要求1所述的轮式移动机器人控制系统，其特征在于：所述传感器单元包括超声波传感器、姿态传感器、RGB-D传感器、GPS传感器和激光雷达传感器。其中激光雷达传感器通过网线与无线路由器通信。3.如权利要求1所述的轮式移动机器人控制系统，其特征在于：所述运动单元包括四套相同的由伺服驱动器和电机组成的运动模组。四套运动模组分别驱动轮式移动机器人的一个车轮运动。4.如权利要求1所述的轮式移动机器人控制系统，其特征在于：所述无线通信单元包括2.4G无线模块和蓝牙通信模块，它们分别通过SPI和串口与微控制器单元通信。5.如权利要求1所述的轮式移动机器人控制系统，其特征在于：所述温度监控单元包括若干温度传感器和若干散热风扇。通过温度传感器对机器人内部的温度检测，控制散热风...

【专利技术属性】
技术研发人员：毕树生，杨东升，蔡月日，谭振文，王浩，袁畅，黄国威，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京,11