一种微型迷宫机器人制造技术

本实用新型专利技术是一种微型迷宫机器人，能对随机复杂迷宫进行自主搜索最优路径并实时修正机器人在迷宫中的运动，属于人工智能领域。包括下位机和上位机。上位机包括ＤＳＰ和与ＤＳＰ相连接的ＣＣＤ摄像头和无线发送模块，ＣＣＤ摄像头采集迷宫的全局图像并通过视频解码器解码后传送给ＤＳＰ，ＤＳＰ对图像进行处理后通过无线发送模块发送给下位机。下位机包括小车和设置在小车内的控制系统，小车的底部连接有车轮和步进电机，控制系统包括单片机无线接收模块。无线接收模块接收上位机中的无线发送模块发送的信息，对其进行解析后，通过步进电机驱动电路驱动步进电机带动小车行走。本实用新型专利技术实现了自主迷宫搜索最优路径并能实时修正机器人的行走轨迹。（*该技术在2017年保护过期，可自由使用*）

Miniature labyrinth robot

The utility model relates to a micro labyrinth robot, which can automatically search the optimal path for a random complex maze and correct the movement of the robot in the labyrinth in real time, and belongs to the field of artificial intelligence. Including lower computer and upper computer. The host computer includes DSP and connected with the DSP CCD camera and wireless transmission module, CCD camera collects the whole image of the maze and transmits it to DSP through video decoder, DSP for image processing after transmitted through the wireless transmission module to mcu. The lower computer comprises a car and a control system arranged in the small car. The bottom of the car is connected with a wheel and a stepping motor, and the control system comprises a singlechip wireless receiving module. The wireless receiving module receives the information sent by the wireless sending module in the upper computer, and after the analysis, drives the stepping motor to drive the trolley through the stepping motor driving circuit. The utility model realizes the optimal path of the self maze search, and can correct the walking track of the robot in real time.

【技术实现步骤摘要】

本技术是一种微型迷宫机器人，能对随机复杂迷宫进行自主搜索最 优路径并实时修正机器人在迷宫中的运动，属于人工智能领 域。
技术介绍
迷宫机器人系统的实验可以直观的体现许多控制理论的基本概念如系统 的稳定性、可控性和系统抗干扰能力及路径最优规划等等，因此有很多研究 机构及大学对其进行研究。目前多数迷宫机器人都是搭载若干个光电传感器对迷宫地面的白色引导 线进行识别来行走迷宫，如上海交通大学钱真彦等人设计的走迷宫机器人(参见《网络科技时代》2004年03期)，搭载了8个反射式光电传感器对迷宫地 面白线进行检测来实现前进转弯等动作，按照左手法则或右手法则(即机器 人沿着迷宫壁始终向左或向右转)来进行迷宫搜索。在完成既定功能的前提 下，由于搭载传感器过多，增加了制造成本，同时也使传感器误动作导致系 统不稳定的概率增加，而且这类机器人缺乏智能性和自主性，对于最优路径 的选择缺乏认知能力，每次都要在迷宫中行走完全程才能搜索出路径，对于 在可重构的迷宫中行走问题无法解决，因此在实际应用中有很大的局限性。正是由于其存在的很多问题都不易解决，如机器人的微型化问题，最优 路径的规划及对迷宫机器人的实时路径修正问题，因此这些都成为研究的重 点和难点，人们在不断的寻求他们之间的制约关系，以期找到一种多方面的 平衡使其能应用在更广阔的领域。
技术实现思路
本技术提供了一种微型迷宫机器人系统，本机器人系统在迷宫中行 走时，既不需要使用白线进行引导，也不需要让机器人在迷宫中行走一遍后才能搜索出路径，因此本技术有很大的自主性和智能性。同时还具有体 积小的优点，可以在棋盘般大小的复杂迷宫中进行工作，本技术的总体思路采用DSP开发板作为上位机，使用全局摄像头CCD对迷宫图像进行采集，将采集到的图像信号送到DSP幵发板中进行图像识 别及路径规划(采用A*算法)后，产生一组控制指令，通过DSP开发板端的 无线发送模块与微型移动式机器人进行通信，当机器人车体电控部分接收到 DSP开发板无线发送模块发送来的控制信息时，机器人的微控制器对信息进行 解析，解析出来的是步进电机组态运动，微控制器通过I/O 口控制步进电机 驱动模块进而控制小车顺利走出迷宫。 具体技术方案如下.-一种微型迷宫机器人，包括有上位机和用于在迷宫16中行走的下位机 15。其中，上位机包括有DSP开发板18和与DSP开发板18相连接的CCD摄 像头17、无线发送模块20。 CCD摄像头17采集整个迷宫16的全局图像并通 过视频解码器解码后传送给DSP， DSP对图像进行处理后通过无线发送模块发 送给下位机15。所述的下位机15包括有小车和设置在小车内的控制系统，小 车的底部连接有车轮11和步进电机10，控制系统包括有单片机和与单片机相 连接的无线接收模块5、步进电机驱动电路3，无线接收模块5接收上位机中 的无线发送模块20发送的信息，对其进行解析后，通过步进电机驱动电路3 驱动步进电机10带动小车行走。所述的迷宫16的墙、迷宫的路、迷宫的出 口及小车的车头、车尾用不同的颜色标记。所述的上位机还包括有与DSP相连接的触摸屏，DSP将CCD摄像头17采 集的图像送至触摸屏显示。一种微型迷宫机器人的控制方法，该方法是按以下步骤实现的.-1) CCD摄像头17采集迷宫16的全部图像信息，并将釆集到的图像信息 通过视频解码器解码后传送给DSP的CoreA，此时的图像格式为 720x576YUV422 ， CoreA从两个场信号中取其中 一 场，也就是720x288YUV422的图像信息，将其转换为320x240YUV444的图像后传送 给CoreB，同时也将320x240YUV444的图像转换为320x240的RGB图像 送至触摸屏显示；2) CoreB对CoreA预处理后的图片进行阀值分割，从图像的颜色信 息中找出小车所在的位置、迷宫状态及迷宫出口位置，在阀值分割的基 础上抽象出6x8的标准迷宫；3) CoreB通过人工智能领域中的A4算法寻找到小车行走的最优路径， 并将迷宫最优路径的各拐点坐标标定为一系列的目标点；4) 通过小车的车头车尾和迷宫的不同颜色信息确定小车在迷宫16 中的位置，并生成一套控制指令，该控制指令通过无线发送模块20发送 给下位机15中的控制系统；5) 下位机15中的单片机对控制信号进行解析后控制步进电机10，进而 控制小车在迷宫内作相应运动；如果小车已经到达迷宫出口即终点处将不再发送指令，否则，重复步骤 1 步骤5，直到小车走出迷宫。本技术中的机器人在迷宫中行走时不需要使用白线进行引导，能 够在可重构迷宫中寻找出最优路径并能实时进行路径修正。由于本技术 采用的电路结构，使得机器人体积较小，可以在棋盘般大小的复杂迷宫中进 行行走。附图说明图1是本技术的机电结构设计示意图 图2是本技术的车体部分前视图 图3是本技术的车体部分左视图 图4是本技术的整体系统效果图 图5是本技术的供电设计框图 图6是本技术的系统硬件总体框图图7是本技术的车体控制部分原理图图8是本技术的电机驱动原理图图9是本技术的系统总流程图图10是本技术的DSP图像识别及路径搜索子流程图图11是本技术的车体控制算法子流程图图中1、底座，2、滑轮座，3、步进电机驱动模块，4、下位机微控制器 电路板，5、无线接收模块，6、 DC-DC模块，7、串口电平转换芯片，8、锂电 池，9、机身，10、减速步进电机，11、双轮，12、橡胶轮外胎，13、轴套， 14、轴承，15、下位机，16、迷宫，17、 CCD摄像头，18、 DSP， 20、无线发 送模块。具体实施方式以下结合附图1 图8进一步说明本技术的具体实施例。如图4所示，本实施例主要包括有上位机18和下位机15两部分，上位 机包括有DSP开发板18、 CCD摄像头17、触摸屏和无线发送模块20。下位机 15包括有车体部分和控制部分，下面分别对其进行说明。下位机包括有小车和设置在小车内的控制系统。小车的结构如图1 图3 所示，包括有底座l、机身9和双轮11。如图1所示，底座1为内空的盒式结构，左右两边各开一个孔，通过轴 承14和轴套13将轮子11和步进电机10固定。步进电机10为空调专用减速 步进电机，与电机驱动芯片3相连。双轮ll规格相同，为金属轮毂，橡胶轮 外胎12可增加车轮摩擦力，有利于增强其在光滑路面的扒地能力。机身9为内空的盒式结构，其控制部分都内置在盒体内。机身使用强度 较高的PVC材料制作，减轻车身质量同时可以更好的绝缘。下位机中的控制部分包括有单片机和与单片机相连接的无线接收模块5、 步进电机驱动电路。本实施例中的单片机采用的是ATMEL公司的ATmaga8L芯 片，该系列芯片采用精简指令集，具有高速，低成本，低功耗等优点而被广泛应用。单片机与电机驱动电路的连接关系详见图7、图8 (左右驱动相同只 给出一个)，PortC端口连接到步进电机驱动模块PC3-2控制左电机正反转 及转速，PC3为低电平反转，高电平正转，PC2脉冲脚控制脉冲数来控制左电 机转动角度；PC1-O控制右电机正反转及转速，同上PC1低电平反转，PC1高 电平时正转，PCO脉冲脚控制脉冲数来本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种微型迷宫机器人，包括有在迷宫中行走的下位机（１５）；其特征在于：还包括有上位机；其中，上位机包括有ＤＳＰ（１８）和与ＤＳＰ（１８）相连接的ＣＣＤ摄像头（１７）和无线发送模块（２０），ＣＣＤ摄像头（１７）采集迷宫（１６）的全局图像并通过视频解码器解码后传送给ＤＳＰ，ＤＳＰ对图像进行处理后通过无线发送模块发送给下位机（１５）；所述的下位机（１５）包括有小车和设置在小车内的控制系统，小车的底部连接有车轮（１１）和与车轮（１１）相连接的步进电机（１０），控制系统包括有单片机和与单片机相连接的无线接收模块（５）、步进电机驱动电路（３），无线接收模块（５）接收上位机中的无线发送模块（２０）发送的信息，对其进行解析后，通过步进电机驱动电路（３）驱动步进电机（１０）带动小车行走；所述的迷宫（１６）的墙、迷宫的路、迷宫的出口及小车的车头、车尾用不同的颜色标记。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：阮晓钢，许晓明，邢雪涛，耿世松，王启源，李欣源，周毅，于乃功，孙亮，左国玉，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：实用新型
国别省市：11[]