一种基于ROS的机器人底盘驱动器制造技术

本实用新型专利技术公开了一种基于ROS的机器人底盘驱动器，包括嵌入式ARM处理器、SWD调试接口、电源电路、Flash存储器、USB转串口电路、电机驱动电路、舵机驱动电路、光电编码器接口、三轴数字加速度计、三轴陀螺仪和无线蓝牙模块；光电编码器接口用于外接4路AB相光电编码器，其用于实现对车轮转速的高精度测量；三轴数字加速度计实现机器人在XYZ 3个方向的加速度的测量；三轴陀螺仪实现机器人在XZY 3个方向的角度测量；嵌入式ARM处理器通过USB转串口电路、无线蓝牙模块与上位机的ROS系统进行数据通讯。本实用新型专利技术的驱动器具有高可靠、高精度、低成本、高性价比、使用简便的特点，适合用于小型机器人底盘的设计。

A Robot Chassis Driver Based on ROS

【技术实现步骤摘要】
一种基于ROS的机器人底盘驱动器
本技术涉及机器人领域，具体涉及一种基于ROS的机器人底盘驱动器。
技术介绍
随着社会的发展，经济的繁荣，计算机自动化技术得到越来越广泛的应用。机器人技术在各种领域得到了越来越广泛的应用。机器人操作系统ROS是机器人领域的主流软件。机器人控制的核心问题，是需要进行精确的导航。双轮驱动差速转向的机器人，其导航基础数据来自机器人上安装的与ROS系统连接的里程计，一般情况下，通过安装在左右车轮上的光电编码器来检测车轮移动的距离，进而计算出机器人的运行速度，根据左右车轮的移动距离差来计算运行方向。基于光电编码器的里程计进行直线运行时，其测量精度很高，但是当其进行转向时，由于车轮的滑动，测量精度显著降低，同时还将会产生误差累积问题。
技术实现思路
为解决上述问题，本技术提供了一种基于ROS的机器人底盘驱动器，集成电机驱动与里程计，测量精度高，基于USB转串口电路或无线蓝牙模块与ROS系统层连接。为实现上述目的，本技术采取的技术方案为：一种基于ROS的机器人底盘驱动器，其特征在于：包括嵌入式ARM处理器、SWD调试接口、电源电路、Flash存储器、USB转串口电路、电机驱动电路、舵机驱动电路、光电编码器接口、三轴数字加速度计、三轴陀螺仪和无线蓝牙模块；所述光电编码器接口用于外接4路AB相光电编码器，其基于STM32F103C8T6芯片的中断定时功能实现对车轮转速的高精度测量；所述三轴数字加速度计基于ADXL345芯片实现机器人在XYZ3个方向的加速度的测量，最高分辨率为3.0mg/LSB，可实现1.0°的倾斜角度测量；所述三轴陀螺仪基于L3G4200D芯片实现机器人在XZY3个方向的角度测量，最高分辨率±2000dps；所述嵌入式ARM处理器通过USB转串口电路、无线蓝牙模块与上位机的ROS系统进行数据通讯；所述嵌入式ARM处理器采用STM32F103C8T6芯片，用于集成光电编码器、陀螺仪、加速度计采集的数据，实现电机驱动电路、舵机驱动电路的控制。优选地，所述USB转串口电路基于FTDI232芯片实现USB转串口，用于与上位机的ROS系统进行数据通讯。优选地，所述舵机驱动电路基于PCA9685芯片实现舵机接口，可产生16路PWM舵机驱动信号，分辨率为12位。优选地，所述无线蓝牙模块基于HC-06模块实现无线蓝牙功能，其采用串口透传方式工作，与上位机的ROS系统基于ROS-Serial协议通讯。优选地，所述电机驱动电路基于2片DRV8842芯片实现4路电机驱动电路，其驱动电压高达24V，持续工作电流2.5A，可直接驱动50W直流有刷电机。本技术具有以下有益效果：基于嵌入式ARM处理器，通过设计USB转串口电路、无线蓝牙模块、4路电机驱动电路、16路舵机驱动、4路光电编码器接口、3轴陀螺仪、3轴加速度计，控制器可完成双轮驱动机器人底盘所需的主要功能，并可通过串口或是无线蓝牙，基于ROS-Serial协议与上位机的ROS系统实现无缝连接，大大方便了双轮驱动机器人底盘的电路设计。驱动器将光电编码器采集的车轮速度，与陀螺仪、加速度计采集的数据，进行集成，可大大的提高里程计的测量精度，特别是将显著提高里程计的转向角度数据精度，为ROS系统的导航提供有效的数据保障。驱动器具有高可靠、高精度、低成本、高性价比、使用简便的特点，适合用于小型机器人底盘的设计。附图说明图1为本技术实施例一种基于ROS的机器人底盘驱动器的构成框图。图2为本技术实施例中的电源电路图。图3为本技术实施例中的无线蓝牙模块的电路图。图4为本技术实施例中的USB转串口电路图。图5为本技术实施例中的嵌入式ARM处理器电路图。图6为本技术实施例中的电机驱动电路图。图7为本技术实施例中的舵机驱动电路。图8为本技术实施例中的三轴陀螺仪传感器电路图。图9为本技术实施例中的三轴加速度传感器电路图。具体实施方式需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。在本技术的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本技术的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。在本技术的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。如图1所示，本技术实施例提供了一种基于ROS的机器人底盘驱动器，其特征在于：包括嵌入式ARM处理器、SWD调试接口、电源电路、Flash存储器、USB转串口电路、电机驱动电路、舵机驱动电路、光电编码器接口、三轴数字加速度计、三轴陀螺仪和无线蓝牙模块；所述光电编码器接口用于外接4路AB相光电编码器，其基于STM32F103C8T6芯片的中断定时功能实现对车轮转速的高精度测量；所述三轴数字加速度计基于ADXL345芯片实现机器人在XYZ3个方向的加速度的测量，最高分辨率为3.0mg/LSB，可实现1.0°的倾斜角度测量；所述三轴陀螺仪基于L3G4200D芯片实现机器人在XZY3个方向的角度测量，最高分辨率±2000dps；所述嵌入式ARM处理器通过USB转串口电路、无线蓝牙模块与上位机的ROS系统进行数据通讯；所述嵌入式ARM处理器采用STM32F103C8T6芯片，用于集成光电编码器、陀螺仪、加速度计采集的数据，实现电机驱动电路、舵机驱动电路的控制。所述USB转串口电路基于FTDI232芯片实现USB转串口，用于与上位机的ROS系统进行数据通讯。所述舵机驱动电路基于PCA9685芯片实现舵机接口，可产生16路PWM舵机驱动信号，分辨率为12位。所述无线蓝牙模块基于HC-06模块实现无线蓝牙功能，其采用串口透传方式工作，与上位机的ROS系统基于ROS-Serial协议通讯。所述电机驱动电路基于2片DRV8842芯片实现4路电机驱动电路，其驱动电压高达24V，持续工作电流2.5A，可直接驱动50W直流有刷电机。所述电源电路如图2所示，BAT为电池插头，经SW电源开关接入U3芯片，型号为XL2576，U3是电源稳压芯片，产生5V直流电压，再经U2产生3.3V直流电压，U2的型号为AMS117-3.3。外围滤波电容包括C25、C27、C29、C26、C18、C10、C19。外围辅助元件包括L2、D1。所述无线蓝牙模块的型号为HC-0本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于ROS的机器人底盘驱动器，其特征在于：包括嵌入式ARM处理器、SWD调试接口、电源电路、Flash存储器、USB转串口电路、电机驱动电路、舵机驱动电路、光电编码器接口、三轴数字加速度计、三轴陀螺仪和无线蓝牙模块；所述光电编码器接口用于外接4路AB相光电编码器，其基于STM32F103C8T6芯片的中断定时功能实现对车轮转速的高精度测量；所述三轴数字加速度计基于ADXL345芯片实现机器人在XYZ 3个方向的加速度的测量，最高分辨率为3.0mg/LSB，可实现1.0°的倾斜角度测量；所述三轴陀螺仪基于L3G4200D芯片实现机器人在XZY 3个方向的角度测量，最高分辨率±2000dps；所述嵌入式ARM处理器通过USB转串口电路、无线蓝牙模块与上位机的ROS系统进行数据通讯；所述嵌入式ARM处理器采用STM32F103C8T6芯片，用于集成光电编码器、陀螺仪、加速度计采集的数据，实现电机驱动电路、舵机驱动电路的控制。

【技术特征摘要】
1.一种基于ROS的机器人底盘驱动器，其特征在于：包括嵌入式ARM处理器、SWD调试接口、电源电路、Flash存储器、USB转串口电路、电机驱动电路、舵机驱动电路、光电编码器接口、三轴数字加速度计、三轴陀螺仪和无线蓝牙模块；所述光电编码器接口用于外接4路AB相光电编码器，其基于STM32F103C8T6芯片的中断定时功能实现对车轮转速的高精度测量；所述三轴数字加速度计基于ADXL345芯片实现机器人在XYZ3个方向的加速度的测量，最高分辨率为3.0mg/LSB，可实现1.0°的倾斜角度测量；所述三轴陀螺仪基于L3G4200D芯片实现机器人在XZY3个方向的角度测量，最高分辨率±2000dps；所述嵌入式ARM处理器通过USB转串口电路、无线蓝牙模块与上位机的ROS系统进行数据通讯；所述嵌入式ARM处理器采用STM32F103C8T6芯片，用于集成光电编码器、陀螺仪、加速度计采...

【专利技术属性】
技术研发人员：居锦武，高祥，李榕云，尹鸿杰，孟恩全，刘月，冯倩，
申请(专利权)人：四川理工学院，
类型：新型
国别省市：四川,51