一种智能导航机器人小车系统技术方案

本发明专利技术涉及一种智能导航机器人小车系统，包括主控单元，主控单元分别连接有驱动转向单元、制动单元，轮速&位置反馈单元，同步控制单元，传感器单元，存储单元，人机交互界面，语音提示单元，超声波测距单元，GPS/IMU单元，遥控单元，急停控制单元和通信接口；通信接口分别连接有急停单元、嵌入式工控机/云平台和无线数据传输单元；电源管理部分为小车系统供电；驱动转向单元、制动单元与轮速&位置反馈单元连接；同步控制单元依次连接传感器单元和通信接口；存储单元与通信接口连接。该小车系统集成避障、GPS导航、图像采集、语音提示、无线遥控、数据存储功能及人机交互功能于一体，可作为无人车研究的实验平台，也可用于对图像处理算法的研究。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于智能机器人
，尤其涉及一种智能导航机器人小车系统。
技术介绍
目前，在企业生产技术不断提高、对自动化技术要求不断加深的环境下，智能车辆以及在智能车辆基础上开发出来的产品已成为自动化物流运输，柔韧生产组织等系统的关键设备。世界上许多国家都在积极进行智能车辆的研究和开发设计。移动机器人是机器人的一个分支，是一种具备环境感知、路径规划与运动控制等基本能力的机电一体化系统，出现于20世纪60年代。1968年，斯坦福研究院SRI的Nils J. Nilsson和Charles Rose 等人，研制出的世界第一台具有一定人工智能的自主移动机器人取名为shakey。它将人工智能技术应用在复杂环境下，完成机器人系统的自主推理、规划和控制。从此，移动机器人从无到有、数量不断增多，其中，轮式移动机器人结构简单，操作与控制方便，速度较快，机动灵活，因而应用最为广泛。智能车辆作为移动机器人的一个重要分支也得到越来越多的关注。随着人类社会信息化、智能化的不断进步以及智能车辆应用领域日益扩大，已经成为衡量一个国家社会文明和科技进步的重要标志之一。作为一个新型的交叉学科领域，智能车辆的研究涉及图像实时处理、模式识别、人工智能、自动控制、传感器技术、卫星导航等多个学科的理论与技术。集成了信息科学与人工智能技术的最新成果，具有广阔的发展空间。智能车辆的应用前景吸引着越来越多的研究机构和汽车厂商的兴趣。汽车工业作为国家支柱性产业具有综合性强和经济效益高等特点，其制造和销售不仅涉及第一产业，而且涉及到第二和第三产业。智能车辆的研究最终必将促进各行业的繁荣兴旺，带动整个国民经济的发展，改善产业结构，提高整个国家的信息化水平。智能车辆作为ITS的重要组成部分和未来世界汽车技术研究发展的方向虽然近期内完全无人驾驶的智能车辆实用化条件尚不成熟但是对其进行前瞻性探讨和基础性研究可以作为重要的技术储备有利于抢占未来技术的制高点。智能小车，是一个集环境感知，规划决策，自动行驶等功能于一体的综合系统，它集中运用了计算机、传感、信息、通信、导航及自动控制等技术，是典型的高新技术综合体。现有的智能机器人和机器人小车，大部分是针对某一方面的深化研究，多数只是从单一方面研究智能机器人的避障导航性能，很少从整体上研究智能机器人的避障导航性能，而且兼容性、扩展性都不强。因此从环境感知、动态决策与规划、行为控制与执行三个方面来设计构建实体智能导航机器人，从整体上提升人工势场法和惯性定位法的决策效果是很有必要的。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种能自动导航精确定位、兼容汽车通信方式、可扩展性强，且能够作为无人车研究实验平台，以及各种导航算法和图像处理算法实验平台的智能导航机器人小车。这实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种智能导航机器人小车系统，所述小车系统包括主控单元，所述主控单元分别连接有驱动转向单元、制动单元，轮速&位置反馈单元，同步控制单元，传感器单元，存储单元，人机交互界面，语音提示单元，超声波测距单元，GPS/IMU单元，遥控单元，急停控制单元和通信接口；所述通信接口分别连接有急停单元、嵌入式工控机/云平台和无线数据传输单元；电源管理部分为所述小车系统供电；所述驱动转向单元、制动单元与所述轮速&位置反馈单元连接；所述同步控制单元依次连接所述传感器单元和通信接口；所述存储单元与通信接口连接。在上述的智能导航机器人小车系统中，所述主控单元，采用双核多线程设计，包括主控芯片和协处理/预采集芯片，所述主控芯片与协处理/预采集芯片之间进行数据交互；所述主控芯片采用STM32F4芯片，内部集成多个定时器外设，不同定时器之间进行级联，用于控制驱动电机，所述协处理/预采集芯片采用STM32F7芯片，主频时钟为256MHz，内部集成DSP指令集，用于增加所述小车系统的数据处理速度。在上述的智能导航机器人小车系统中，所述小车采用四轮驱动方式，且每只车轮上均设置有驱动电机，两只前轮上还设置有转向电机，采用差速方式转向；所述车轮采用户外型车轮。在上述的智能导航机器人小车系统中，所述驱动转向单元采用PWM波控制方式，用于控制所述小车的差速方式转向；通过所述制动单元控制电机的紧急制动。在上述的智能导航机器人小车系统中，所述轮速&位置反馈单元采用编码器将信号反馈至所述主控单元，所述主控单元利用反馈的编码器信号确定所述小车的速度和位置。在上述的智能导航机器人小车系统中，所述传感器单元包括激光雷达、工业相机和其它传感器，所述激光雷达采用毫米波雷达，用于检测前方障碍物的存在以及距离；所述激光雷达分别设置于所述机器人小车的前后左右四个方位；所述工业相机用于图像数据采集；所述其它传感器用于对当前环境的检测；所述小车系统集成有所述工业相机和嵌入式工控机安装接口。在上述的智能导航机器人小车系统中，所述同步控制单元通过电平方式对所述传感器单元进行同步控制。在上述的智能导航机器人小车系统中，所述存储单元包括TF卡和自动映射U盘的功能，用于数据的存储、查看和导出。在上述的智能导航机器人小车系统中，所述人机交互界面采用集TFT显示驱动、图片字库存储、GUI操作、RTC显示、音频播放、各种组态控件于一体的TFT串口屏。在上述的智能导航机器人小车系统中，所述语音提示单元采用编码模式和非编码模式。在上述的智能导航机器人小车系统中，所述超声波测距单元采用测量距离为2cm-400cm的非接触式距离感应模块，测量精度为3mm。在上述的智能导航机器人小车系统中，所述GPS/IMU单元采用ublox公司NEO-M8L模块，所述NEO-M8L模块内部集成有三轴加速度计和三轴陀螺仪，用于实时获悉所述小车的姿态信息； ADR功能用于实现轨迹的自动推导。在上述的智能导航机器人小车系统中，所述遥控单元用于将接收无线遥控的数据经过解码传送至所述主控单元。在上述的智能导航机器人小车系统中，所述急停控制单元用于发送急停信号给所述主控芯片；所述急停单元用于将外部分的急停信号通过所述通信接口传输至所述协处理/预采集芯片。在上述的智能导航机器人小车系统中，所述通信接口采用CAN总线通信方式，兼容汽车通信方式，用于无人车研究平台。在上述的智能导航机器人小车系统中，所述电源管理部分采用锂电池组供电，通过DC-DC电源芯片LM2596-5对输入电压进行稳压，并通过线性电源芯片LDO将5V电压转化为3.3V，且电源输入部分和输出部分均设计有电容滤波电路。在上述的智能导航机器人小车系统中，所述无线数据传输单元采用无线WIFI模块，模块带有内置天线，通过所述通信接口与所述主控单元进行交互。本专利技术的有益效果是：集成避障功能、GPS导航功能、图像采集功能、语音提示功能、无线遥控功能、数据存储功能及人机交互功能于一体，不仅能自行躲避障碍物，还能确定当前自身坐标，同时还可以对现场环境进行实时采集，并将采集的数据通过无线或有线的方式传输给嵌入式工控机/云平台。且自动保存行驶路径和遥控信息，可作为无人车研究的实验平台。智能导航机器人小车系统的车轮采用户外型车轮，可在凸凹不平的山路上行驶，采用四轮驱动方式，大大提高了小车的通过性和爬坡性，同时对小车的转弯性能，启动和加速性能以及直线行驶稳定性都有很本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种智能导航机器人小车系统，其特征在于：所述小车系统包括主控单元，所述主控单元分别连接有驱动转向单元、制动单元，轮速&位置反馈单元，同步控制单元，传感器单元，存储单元，人机交互界面，语音提示单元，超声波测距单元，GPS/IMU单元，遥控单元，急停控制单元和通信接口；所述通信接口分别连接有急停单元、嵌入式工控机/云平台和无线数据传输单元；电源管理部分为所述小车系统供电；所述驱动转向单元、制动单元与所述轮速&位置反馈单元连接；所述同步控制单元依次连接所述传感器单元和通信接口；所述存储单元与通信接口连接。

【技术特征摘要】
1.一种智能导航机器人小车系统，其特征在于：所述小车系统包括主控单元，所述主控单元分别连接有驱动转向单元、制动单元，轮速&位置反馈单元，同步控制单元，传感器单元，存储单元，人机交互界面，语音提示单元，超声波测距单元，GPS/IMU单元，遥控单元，急停控制单元和通信接口；所述通信接口分别连接有急停单元、嵌入式工控机/云平台和无线数据传输单元；电源管理部分为所述小车系统供电；所述驱动转向单元、制动单元与所述轮速&位置反馈单元连接；所述同步控制单元依次连接所述传感器单元和通信接口；所述存储单元与通信接口连接。2.如权利要求1所述的智能导航机器人小车系统，其特征在于：所述主控单元，采用双核多线程设计，包括主控芯片和协处理/预采集芯片，所述主控芯片与协处理/预采集芯片之间进行数据交互；所述主控芯片采用STM32F4芯片，内部集成多个定时器外设，不同定时器之间进行级联，用于控制驱动电机，所述协处理/预采集芯片采用STM32F7芯片，主频时钟为256MHz，内部集成DSP指令集，用于增加所述小车系统的数据处理速度。3.如权利要求1所述的智能导航机器人小车系统，其特征在于：所述小车采用四轮驱动方式，且每只车轮上均设置有驱动电机，两只前轮上还设置有转向电机，采用差速方式转向；所述车轮采用户外型车轮。4.如权利要求3所述的智能导航机器人小车系统，其特征在于：所述驱动转向单元采用PWM波控制方式，用于控制所述小车的差速方式转向；通过所述制动单元控制电机的紧急制动。5.如权利要求1所述的智能导航机器人小车系统，其特征在于：所述轮速&位置反馈单元采用编码器将信号反馈至所述主控单元，所述主控单元利用反馈的编码器信号确定所述小车的速度和位置。6.如权利要求1所述的智能导航机器人小车系统，其特征在于：所述传感器单元包括激光雷达、工业相机和其它传感器，所述激光雷达采用毫米波雷达，用于检测前方障碍物的存在以及距离；所述激光雷达分别设置于所述机器人小车的前后左右四个方位；所述工业相机用于图像数据采集；所述其它传感器用于对当前环境的检测；所述小车系统集成有所述工业相机和嵌入...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘刚，王刚，王先培，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42