一种智能服务机器人控制系统技术方案

一种智能服务机器人控制系统，涉及智能化控制领域。本发明专利技术包括：上位机、主控制器、串口TTL转USB接口芯片、8个光电开关、2个舵机、RGB灯带、惯性测量单元、行走电机、霍尔传感器、锂电池、激光雷达、麦克风阵列、温度传感器和湿度传感器。主控制器为本发明专利技术的智能服务机器人控制的核心，用于实现光电开关控制、舵机控制、RGB灯带控制、惯性导航数据获取、行走电机控制、锂电池保护、温湿度数据采集等功能。主控制器通过串口TTL转USB接口芯片与上位机连接，只需插入USB连线即可。本发明专利技术具有可靠性好、抗干扰能力强、自主移动导航蔽障、语音交互等优点。

An intelligent service robot control system

An intelligent service robot control system relates to the field of intelligent control. The invention comprises a host computer, a main controller, a serial TTL-to-USB interface chip, eight photoelectric switches, two steering gears, a RGB lamp belt, an inertial measuring unit, a walking motor, a Hall sensor, a lithium battery, a laser radar, a microphone array, a temperature sensor and a humidity sensor. The main controller is the core of the intelligent service robot control of the invention, which is used to realize the functions of photoelectric switch control, rudder control, RGB lamp belt control, inertial navigation data acquisition, walking motor control, lithium battery protection, temperature and humidity data acquisition, etc. The main controller is connected to the host computer through the serial port TTL to the USB interface chip, and only needs to insert the USB connection. The invention has the advantages of good reliability, strong anti-interference ability, autonomous mobile navigation obstacle, voice interaction, etc.

【技术实现步骤摘要】
一种智能服务机器人控制系统
本专利技术涉及智能化控制
，具体涉及一种智能服务机器人控制系统。
技术介绍
机器人的控制系统多种多样，传统方案是无线遥控方式，一般是通过无线手持设备传输命令来操控，由于是基于物理的机械的控制方式，因此会带来可靠性的问题；这种控制方式与机器人交互的方式过于单一，机器人本身缺乏智能性和亲和力，不能主动移动、导航、蔽障和进行语音等交互。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种可靠性好、抗干扰能力强、能够自主移动导航蔽障、能够进行语音交互的智能服务机器人控制系统。本专利技术为解决技术问题所采用的技术方案如下：本专利技术的一种智能服务机器人控制系统，包括：上位机；通过串口TTL转USB接口芯片与上位机相连的主控制器，所述主控制器通过UART串口协议与上位机进行数据交换；与上位机相连的麦克风阵列，所述上位机采集麦克风阵列测量的声音信号并对其进行处理计算出声源方向与机器人正前方水平和垂直两个方向的夹角，上位机将这两个夹角信息传输给主控制器；与主控制器相连的8个光电开关，所述主控制器根据上位机的命令定时采集8个光电开关的数据，并通过主控制器上传至上位机中，通过上位机判断每个方向上是否有障碍物；与主控制器相连的2个舵机，所述主控制器根据接收到的夹角信息控制2个舵机转到对应的角度；与主控制器相连的惯性测量单元，所述主控制器对惯性测量单元测量的加速度、角速度、地球磁场、欧拉角进行姿态解算，并将解算后的数据上传至上位机；与主控制器相连的行走电机和霍尔传感器，主控制器通过霍尔传感器来控制行走电机的速度；与主控制器相连的底盘控制系统和与底盘控制系统相连的激光雷达，激光雷达用于对环境进行扫图，所扫描的图形数据传输给底盘控制系统存储。进一步的，还包括：与主控制器相连的温度传感器和湿度传感器；所述主控制器采集温度传感器测量的温度数据和湿度传感器测量的湿度数据传输给上位机进行显示。进一步的，还包括：与主控制器相连的RGB灯带；上位机给主控制器下发RGB灯带点亮命令，命令中包括颜色信息，RGB灯带按照指令中给定的颜色信息展现相应的颜色；上位机给主控制器下发灯带熄灭命令，则RGB灯带熄灭。进一步的，所述主控制器采用STM32F407VGT6单片机。进一步的，还包括为整个控制系统供电的锂电池，所述锂电池与主控制器、串口TTL转USB接口芯片、8个光电开关、2个舵机、RGB灯带、惯性测量单元、行走电机、霍尔传感器、底盘控制系统、激光雷达、麦克风阵列、温度传感器和湿度传感器相连。进一步的，所述主控制器外围设置有通讯串口和IIC接口，通过通讯串口实现串口通讯功能，通过IIC接口与各种不同的传感器芯片进行通讯，实现IIC通讯功能。进一步的，所述光电开关采用迈德豪公司的E18-D80NK型光电开关，检测距离为3-80cm。进一步的，所述舵机采用极限电子科技公司的PDI-6221MG型20KG大扭力舵机，控制范围为0-180°。进一步的，所述RGB灯带采用5050贴片RGB灯带，供电电压为12V，共阳极连接。进一步的，所述惯性测量单元采用维特智能的JY901型惯性测量单元，用于测量加速度、角速度、地球磁场、欧拉角。本专利技术的有益效果是：本专利技术的智能服务机器人控制系统，主要采用上位机、主控制器作为核心控制部件，再配合外围其他传感器作用实现机器人的各项功能，具有可靠性好、抗干扰能力强、能够自主移动导航蔽障、能够进行语音交互等优点。附图说明图1为本专利技术的一种智能服务机器人控制系统的结构框图。具体实施方式以下结合附图对本专利技术作进一步详细说明。如图1所示，本专利技术的一种智能服务机器人控制系统，该套控制系统安装在智能服务机器人主体中，该控制系统主要包括：上位机、主控制器、串口TTL转USB接口芯片、8个光电开关、2个舵机、RGB灯带、惯性测量单元、行走电机、霍尔传感器、锂电池、底盘控制系统、激光雷达、麦克风阵列、温度传感器和湿度传感器。8个光电开关、2个舵机、RGB灯带、惯性测量单元、行走电机、霍尔传感器、底盘控制系统、温度传感器和湿度传感器均与主控制器相连。底盘控制系统与激光雷达相连。锂电池与主控制器、串口TTL转USB接口芯片、8个光电开关、2个舵机、RGB灯带、惯性测量单元、行走电机、霍尔传感器、底盘控制系统、激光雷达、麦克风阵列、温度传感器和湿度传感器相连，为整个控制系统供电。麦克风阵列与上位机相连。主控制器为本专利技术的智能服务机器人控制的核心，用于实现光电开关控制、舵机控制、RGB灯带控制、惯性导航数据获取、行走电机控制、锂电池保护、温湿度数据采集等功能。主控制器通过串口TTL转USB接口芯片与上位机连接，只需插入USB连线即可。主控制器具体采用STM32F407VGT6单片机。主控制器上设置有5V和12V两种电源接入口，其中5V电源主要为主控制器、光电开关和舵机供电，12V电源主要为RGB灯带供电。5V电源与12V电源供电均采用3.5mmPCB接线端子连接，5V电源的PCB接线端子连接到主控制器的P43接口(靠近光电开关)，12V电源的PCB接线端子连接到主控制器的P39接口(靠近RGB灯带)。5V电源与12V电源切勿混接，正负极切勿接反，否则会导致主控制器及连接在其上的光电开关、舵机等全部烧毁。主控制器外围设置有通讯串口，通过通讯串口与麦克风阵列等其他设备交互通讯，实现串口通讯功能。主控制器上还设置有IIC接口，通过IIC接口可与各种不同的传感器芯片进行通讯，实现IIC通讯功能。主控制器通过向舵机输出PWM信号可驱动3路5V或12V舵机，实现舵机驱动功能。主控制器可以采集温度传感器测量的周围空气的温度数据和湿度传感器测量的周围空气的湿度数据，实现温湿度数据采集功能。主控制器可以驱动2路24V直流行走电机，单路最大输出电流可达4A，过流保护功能，通过连接霍尔传感器可实现动态调速、堵停检测功能，实现行走电机的综合控制功能。主控制器可以检测锂电池温度，当锂电池温度过高时，进行报警和断电保护，实现锂电池的温度检测功能。主控制器还可以检测锂电池的最大电压为48V，并具备锂电池过充、过放检测功能。主控制器可驱动额定电压为12V的5050RGB灯带，实现RGB灯带驱动功能。惯性测量单元可以测量加速度、角速度、地球磁场、欧拉角等数据，主控制器接收这些数据并利用这些数据进行姿态解算，同时可接入GPS或北斗导航系统，实现惯性导航功能。通过主控制器还可以设定定时休眠和唤醒等时钟功能。主控制器使用UART串口协议与上位机进行通信。使用之前，在上位机中安装串口TTL转USB接口芯片(CH340芯片)驱动程序，默认情况下，上位机中的Windows10系统会自动安装该驱动程序。安装好驱动程序后，在上位机Windows10系统“设备管理器”中查看串口编号。对于Linux系统，请查看“/dev/ttyUSBx”设备。串口配置如下：波特率：115200bits/s；数据位：8bits；校验位：无；停止位：1；流控制：无。主控制器通过UART串口协议与上位机进行数据交换，并可控制上位机开关机，同时通过检测上位机USB接口电压判断上位机的开关状态，当上位机尚在运行时，避免对上位机强行断电。光电开关用于检测机器人周围是否有物体遮挡，光电开关对机器人前方一定距离的物体做出本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种智能服务机器人控制系统，其特征在于，包括：上位机；通过串口TTL转USB接口芯片与上位机相连的主控制器，所述主控制器通过UART串口协议与上位机进行数据交换；与上位机相连的麦克风阵列，所述上位机采集麦克风阵列测量的声音信号并对其进行处理计算出声源方向与机器人正前方水平和垂直两个方向的夹角，上位机将这两个夹角信息传输给主控制器；与主控制器相连的8个光电开关，所述主控制器根据上位机的命令定时采集8个光电开关的数据，并通过主控制器上传至上位机中，通过上位机判断每个方向上是否有障碍物；与主控制器相连的2个舵机，所述主控制器根据接收到的夹角信息控制2个舵机转到对应的角度；与主控制器相连的惯性测量单元，所述主控制器对惯性测量单元测量的加速度、角速度、地球磁场、欧拉角进行姿态解算，并将解算后的数据上传至上位机；与主控制器相连的行走电机和霍尔传感器，主控制器通过霍尔传感器来控制行走电机的速度；与主控制器相连的底盘控制系统和与底盘控制系统相连的激光雷达，激光雷达用于对环境进行扫图，所扫描的图形数据传输给底盘控制系统存储。

【技术特征摘要】
1.一种智能服务机器人控制系统，其特征在于，包括：上位机；通过串口TTL转USB接口芯片与上位机相连的主控制器，所述主控制器通过UART串口协议与上位机进行数据交换；与上位机相连的麦克风阵列，所述上位机采集麦克风阵列测量的声音信号并对其进行处理计算出声源方向与机器人正前方水平和垂直两个方向的夹角，上位机将这两个夹角信息传输给主控制器；与主控制器相连的8个光电开关，所述主控制器根据上位机的命令定时采集8个光电开关的数据，并通过主控制器上传至上位机中，通过上位机判断每个方向上是否有障碍物；与主控制器相连的2个舵机，所述主控制器根据接收到的夹角信息控制2个舵机转到对应的角度；与主控制器相连的惯性测量单元，所述主控制器对惯性测量单元测量的加速度、角速度、地球磁场、欧拉角进行姿态解算，并将解算后的数据上传至上位机；与主控制器相连的行走电机和霍尔传感器，主控制器通过霍尔传感器来控制行走电机的速度；与主控制器相连的底盘控制系统和与底盘控制系统相连的激光雷达，激光雷达用于对环境进行扫图，所扫描的图形数据传输给底盘控制系统存储。2.根据权利要求1所述的一种智能服务机器人控制系统，其特征在于，还包括：与主控制器相连的温度传感器和湿度传感器；所述主控制器采集温度传感器测量的温度数据和湿度传感器测量的湿度数据传输给上位机进行显示。3.根据权利要求1所述的一种智能服务机器人控制系统，其特征在于，还包括：与主控制器相连的RGB灯带；上位机给主控制器下发RGB灯带点亮命令，命令中包括颜色信息，RGB灯带按...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈姝含，佟秀杰，陈伟，佟林祥，张建，陈睿，
申请(专利权)人：吉林省允升科技有限公司，
类型：发明
国别省市：吉林,22