智能仓储物流机器人控制系统技术方案

本实用新型专利技术为智能仓储物流机器人控制系统，包括机器人子系统、控制终端和UWB定位基站，所述机器人子系统包括主控制板、从控制板、里程计、超声波传感器、电源换相模块、IMU、UWB标签、激光雷达、光电隔离模块、无刷直流电机驱动器、无刷直流电机；主控制板为树莓派控制器，UWB标签与UWB定位基站无线通讯，主控制板与UWB标签进行实时通讯，主控制板通过IIC与IMU进行实时通讯，主控制板通过USB与激光雷达进行实时通讯；同时主控制板控制无刷直流电机工作，从控制板与主控制板双向通讯，同时从控制板连接遥控接收机、里程计及多个分布在机器人上的超声波传感器；主控制板与控制终端的上位机无线通讯。在提高精度的前提下，增强系统运行的可靠性。

Intelligent warehouse logistics robot control system

【技术实现步骤摘要】
智能仓储物流机器人控制系统
本技术涉及一种移动机器人自主定位导航领域，具体涉及一种智能仓储物流机器人控制系统。
技术介绍
随着“中国智能制造2025”规划的进一步落实，智能仓储物流机器正在越来越多被应用于工业上的分拣、包装、搬运等环节，代替人工运输货物，提高了工作效率。智能仓储物流机器人通过地面导航，自主避障，完成设定的工作过程。其中机器人的定位和导航是智能仓储物流机器人的关键技术，机器人的定位技术可分为绝对定位与相对定位两大类。相对定位测量的传感器主要有IMU以及里程计等，这一类的不足是误差会随着时间的推移逐渐累积；绝对定位主要采用视觉定位、即时定位与地图构建(SLAM)、基于信标的定位等，这一类传感器的不足是在环境异变的情况下，感知对象的不确定度增加，系统的不稳定性也随之增加。由于单一传感器的定位技术存在一定的局限性，基于此，本技术融合激光雷达、UWB传感器、IMU、里程计以及超声波传感器等多种定位技术，实现智能仓储物流机器人对现场环境的精确感知，提升了机器人的定位精度与可靠性。
技术实现思路
本技术目的在于提供一种智能仓储物流机器人控制系统。为实现上述目的，本技术采用的技术方案是：一种智能仓储物流机器人控制系统，包括机器人子系统、控制终端和UWB定位基站，其特征在于，所述机器人子系统包括主控制板、从控制板、里程计、超声波传感器、电源换相模块、IMU、UWB标签、激光雷达、光电隔离模块、无刷直流电机驱动器、无刷直流电机；所述主控制板为树莓派控制器，UWB标签与UWB定位基站无线通讯，主控制板通过串口通讯方式与UWB标签进行实时通讯，主控制板通过IIC与IMU进行实时通讯，主控制板通过USB与激光雷达进行实时通讯；同时主控制板通过光电隔离模块、无刷直流电机驱动器控制机器人上的无刷直流电机工作，从控制板与主控制板双向通讯，同时从控制板连接遥控接收机、里程计及多个分布在机器人上的超声波传感器；主控制板与控制终端的上位机无线通讯。上述控制系统还包括手持遥控器，手持遥控器通过遥控接收机与从控制板通讯。机器人子系统中还包括用于机器人抬升或下降货架或物品的多个推杆，多个推杆安装在机器人上，多个推杆通过电源换向模块与从控制板连接。所述树莓派控制器为RaspberryPi3modelB+微型电脑或树莓派4B；所述从控制板为意法半导体公司生产的STM32F103单片机。IMU为MPU6050，激光雷达为思岚科技生产的RPLIDARA2，超声波传感器的型号为HC-SR04模块。与现有技术相比，本技术的有益效果是：1)本技术控制系统将激光雷达、UWB传感器、IMU、里程计以及超声波传感器多种定位技术融合在一起，采用双处理器分布式控制，以树莓派控制器作为机器人子系统的控制核心，支持大数据量的快速处理，实现智能仓储物流机器人对现场环境的精确感知，提升了机器人的定位精度与可靠性。2)本技术中从控制板采用STM32F103单片机作为主控芯片，连接里程计、遥控器、超声波传感器、推杆，降低了主控制板上的负担，树莓派与从控制板的相互配合，提高了系统的运行稳定性。3)本技术采用UWB定位方式获得机器人的绝对位置，它在室内定位方面有巨大优势，定位精度高；采用惯性导航技术可以检测自身姿态从而计算出自身位置，惯性导航技术的实时检测性好；采用激光雷达可以检测周围位置环境并记录下来，然后通过GmappingSLAM算法得到机器人的环境地图，在机器人移动的同时也可起到实时避障的作用，增强了机器人对未知物体(运动的物体)的检测能力；采用反射式测距方式的超声波定位进行测距，这种定位方式精度高，同时能弥补激光雷达在透明或高反射物体前激光雷达失效的不足，作为机器人定位控制的最后一道防线，增强了系统运行的可靠性。4)本技术可应用于仓储物流领域，有利于降低物流分拣搬运的成本，减少人员的投入，改善物流管理，降低货物搬运损伤的概率，可提高现代物流的分拣效率，促进物流行业的发展。此外，它还可应用于其他领域，包括：物料处理领域、酒店搬货领域、军事及危险场所领域等。附图说明图1为本技术所涉及的系统硬件框图。图2为本技术所涉及的机器人主控制板和从控制板软件结构框图。图3为本技术所涉及的多传感器数据融合定位结构框图。图4为本技术所涉及的UWB的绝对定位解算结构框图。图5为本技术所涉及的超声波与激光雷达数据融合程序的流程结构示意框图。图6为本技术所涉及的地图扫描与生成程序结构框图。图7为本技术所涉及的主控制板路径规划的软件流程图。图中，100机器人子系统、200控制终端、300UWB定位基站；第一无线收发模块101、主控制板102、UWB标签103、激光雷达104、光电隔离模块105、无刷直流电机驱动器106、第一无刷直流电机107、第二无刷直流电机108、第三无刷直流电机109、第四无刷直流电机110、IMU111、从控制板112、里程计113、遥控接收机114、第一超声波传感器115、第二超声波传感器116、第三超声波传感器117、第四超声波传感器118、电源换相模块119、A推杆120、B推杆121、C推杆122、D推杆123；上位机21、第二无线收发模块22、手持遥控器23；第一UWB基站31、第二UWB基站32、第三UWB基站33、第一电平转换模块34、第二电平转换模块35、第三电平转换模块36、第一基站电源37、第二基站电源38、第三基站电源39。具体实施方式以下结合实施例及附图详细描述本技术，但并不以此作为对本申请保护范围的限定。如图1所示，智能仓储物流机器人控制系统包含机器人子系统100、控制终端200、UWB定位基站300三大部分。其中机器人子系统包括第一无线收发模块101、主控制板102、UWB标签103、激光雷达104、光电隔离模块105、无刷直流电机驱动器106、第一无刷直流电机107、第二无刷直流电机108、第三无刷直流电机109、第四无刷直流电机110、IMU111、从控制板112、里程计113、遥控接收机114、第一超声波传感器115、第二超声波传感器116、第三超声波传感器117、第四超声波传感器118、电源换相模块119、A推杆120、B推杆121、C推杆122、D推杆123；机器人上安装上述的机器人子系统，四个无刷直流电机控制机器人的行走，四个超声波传感器分布在机器人的四角周围，实时测距，遥控接收机用于接收手持遥控器的控制信号，UWB标签、里程计、激光雷达均安装在机器人上；四个推杆安装于机器人上，用于机器人抬升或下降货架或物品。UWB定位基站300包括第一UWB基站31、第二UWB基站32、第三UWB基站33、第一电平转换模块34、第二电平转换模块35、第三电平转换模块36、第一基站电源37、第二基站电源38、第三基站电源本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种智能仓储物流机器人控制系统，包括机器人子系统、控制终端和UWB定位基站，其特征在于，/n所述机器人子系统包括主控制板、从控制板、里程计、超声波传感器、电源换相模块、IMU、UWB标签、激光雷达、光电隔离模块、无刷直流电机驱动器、无刷直流电机；/n所述主控制板为树莓派控制器，/nUWB标签与UWB定位基站无线通讯，主控制板通过串口通讯方式与UWB标签进行实时通讯，主控制板通过IIC与IMU进行实时通讯，主控制板通过USB与激光雷达进行实时通讯；同时主控制板通过光电隔离模块、无刷直流电机驱动器控制机器人上的无刷直流电机工作，/n从控制板与主控制板双向通讯，同时从控制板连接遥控接收机、里程计及多个分布在机器人上的超声波传感器；/n主控制板与控制终端的上位机无线通讯。/n

【技术特征摘要】
1.一种智能仓储物流机器人控制系统，包括机器人子系统、控制终端和UWB定位基站，其特征在于，
所述机器人子系统包括主控制板、从控制板、里程计、超声波传感器、电源换相模块、IMU、UWB标签、激光雷达、光电隔离模块、无刷直流电机驱动器、无刷直流电机；
所述主控制板为树莓派控制器，
UWB标签与UWB定位基站无线通讯，主控制板通过串口通讯方式与UWB标签进行实时通讯，主控制板通过IIC与IMU进行实时通讯，主控制板通过USB与激光雷达进行实时通讯；同时主控制板通过光电隔离模块、无刷直流电机驱动器控制机器人上的无刷直流电机工作，
从控制板与主控制板双向通讯，同时从控制板连接遥控接收机、里程计及多个分布在机器人上的超声波传感器；
主控制板与控制终端的上位机无线通讯。
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【专利技术属性】
技术研发人员：徐庆坤，王天皓，李科衡，文薪成，耿建州，刘屹，
申请(专利权)人：天津中德应用技术大学，
类型：新型
国别省市：天津;12