可扩展型通用机器人开发平台制造技术

本实用新型专利技术公开了一种可扩展型通用机器人开发平台。该机器人开发平台的特点为模块化的软硬件结构，包括有多计算机分布处理系统、行进控制系统、识别系统、闪存卡式可替换存储系统、可替换电源系统、无线通讯系统、可扩充接口部分、模块化操作系统、可与微软机器人开发平台兼容的接口、以及模块化软件应用系统。整个系统由多个单一功能的程序组成。采用此种结构可以最大程度上降低程序间的耦合性，从而提高系统的可靠性及安全性。本实用新型专利技术可以作为机器人研发的基础平台，除具备通用机器人的控制、操作环境外，还提供了用户图形界面、可插入式用户程序、可选择性硬件接口，为机器人应用的再开发提供了灵活的软、硬件扩充界面。（*该技术在2017年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种机器人开发平台，特别是一种具有可扩展型通用机器人开发平台。
技术介绍
尽管国内外机器人市场非常活跃，迄今为止，尚缺乏体积小，功能强、软、硬件可扩展性灵活的机器人开发平台产品。目前，国际市场上以Lego为代表的非专业型机器人开发平台即所谓低端产品，主要是基于微控制器(MCU)的系统，处理功能有限，不能用于较复杂系统的开发。市场上的专业用机器人开发平台即所谓高端产品，缺乏应用软件库，可扩展灵活性差，升级维护困难，通常由于配有硬盘而造成系统经不起碰撞，且价格昂贵。因此，很多机器人研发单位不得不先搭建自己的开发平台，然后再进行某一特殊目的开发，花在平台搭建上的时间与资金，往往不亚于花在专业应用的开发上。就社会意义而言，造成大量资金浪费与重复劳动。
技术实现思路
本技术专利技术的目的是克服上述现有技术的不足，提供一种小型、灵活、功能强、且价格合理的可扩展型专业机器人开发平台产品。本技术采用的技术方案是：一种可扩展型通用机器人开发平台采用模块化的软硬件结构，包括有多计算机分布处理系统、行进控制系统、识别系统、闪存卡式可替换存储系统、可替换电源系统、无线/有线通讯系统、可扩充接口部分、模块化操作系统、可与微软机器人开发平台兼容的接口、以及模块化软件应用系统。该机器人开发平台的多计算机分布处理系统部分包括多核微处理器(CPU)，微控制处理器(MCU)，可供用户选择的模块化微软视窗嵌入式操作系统，或是Linux操作系统，与微软机器人开发平台兼容的软件接口，以-->及多种应用程序。所述多种应用程序包括控制处理、防碰撞处理、采样处理、图像处理、无线或有线通讯、及人机交互处理等。所述人机交互处理通过无线或有线通讯建立远程控制中心与机器人平台主机系统的信息交流。远程控制中心包括人机交互界面，可以向机器人发布操作命令，配有方向盘式操纵杆或是摇杆操纵杆，可以远程操控机器人的行进。该机器人开发平台的行进系统包括有马达控制器、两个含有电机的变速齿轮箱、两个受控轮、及两个万向轮。所述受控轮安装在机器人的底部且位置可调，带动安装在机器人的底部的万向轮转动。受控轮或万向轮的个数可根据需要自行确定，软件支持上无限制。电机的大小可以根据所需扭力进行更换。需要时，所述受控轮和万向轮可更换成履带，以便在崎岖地面上行走。需要时，所述受控轮和万向轮可更换成拨轮，以便在水面上行走。该机器人开发平台的识别系统包括有数字摄像头、伺服电机控制器、伺服电机、距离探测器、和双向水平仪。所述数字摄像头用来摄取图像，用于环境识别或其它处理。所摄图像可通过通讯系统发送到远程控制台。所述数字摄像头在伺服电机控制下可在水平及垂直方向上转动，以达到机器人前方立体空间全方位的覆盖。所述距离探测器和水平仪在伺服电机控制下可在水平方向的自由旋转，以保证机器人行进方向的自动识别和平稳移动。伺服控制器的个数可以根据用户需要而增加，软件支持上无限制。该机器人开发平台的数据存储系统采用闪存卡式可替换系统，取代传统的硬盘系统，克服了硬盘碰撞易损的缺点，增强了机器人系统的物理安全性，同时增强了存储系统的可扩充性。该机器人开发平台的可替换电源系统包括直流变压电源模块和充电电池，可根据机器人的大小及负载选择容量及功率配置。该机器人开发平台的通讯系统包括两部分：无线通讯及有线通讯。经由WiFi的无线通讯系统，A/V高频发射、接收系统，以及3G等广域无线通信网络。经由Internet，有线以太网，以及电话网络的有线通讯。该机器人机体可从侧面、后面，上面加装额外的机体。可以根据需要而扩充，以容纳更多的硬件设备。该机器人开发平台的基本接口部分包括USB接口，及可编程I/O接口板(MCU)。接口板的数量、或USB接口的数量均可根据用户需要增加。软件-->可支持的输入、输出接口数量无限制。模拟接口作为备选，可根据用户需求加以扩充。本系统含有的可运行程序包括：插件式用户图形界面，机器人远程控制，机器人自主控制，机器人信息采集，防碰撞控制，图片采集传送，机器人硬件控制等。本系统采用松散软件结构，一个单一基本功能即是一个单独可执行程序，一个具体的系统应用由若干相关的单一功能可执行程序配合运行而实现，所有的程序共用统一的通信协议，程序间传输的信息由消息包组成。本技术的优点在于：所述机器人开发平台为软、硬件均为模块化结构，具有极其灵活的可扩展性。用户可以增添新的控制板，扩展其控制功能；可以根据需要更换电源系统，使其具有更大的功率及更强的驱动能力；可以根据需要更换存储系统，使系统升级；其体积也可视需要而作相应的扩展。对于复杂的实时计算要求，所述主机系统可外接计算机阵列体系，进行高效率的并行计算处理。所述机器人开发平台系统采用松散软件结构，可以最大程度上降低程序间的耦合性，以期达到最好的系统效能和最低的机器人功耗，从而提高系统的可靠性及安全性。本技术所包含的基本功能可直接应用于未知环境下机器人的移动、探索、及通讯，可用于开发巡视机器人，恶略环境下的探险机器人，救援机器人等。在语音功能上的扩展，可以开发为导游机器人、讲解机器人等。本技术可以作为机器人研发的基础平台，除具备通用机器人的控制、操作环境外，还提供了用户图形界面、可插入用户程序、可选择或扩展硬件接口，为机器人应用的再开发提供了灵活的软、硬件扩充界面。本技术可用作各种特殊用途机器人的核心控制系统，并为其开发提供了有效、实用的平台。附图说明图1为本技术外形图。图2为本技术软件系统结构图。图3为远程控制台所需要的软件模块结构图。图4为本技术机载计算机所需的软件模块结构图。-->图号说明：A……第一层板    B……第二层板      C……第三层板D……第四层板    E……支撑架1……受控轮      2……含有电机的变速齿轮箱    3……万向轮4……电池        5……可更换内存卡  6……电源模块7……计算机主板  8……MCU板         9……伺服电机控制板10……USB分线器  11……通讯信号接受器12a，12b，12c，12d，12e......距离探测器13……双向水平探测器         14……数字摄像头15a，15b，15c......伺服电机  16……电视摄像头具体实施方式下面结合附图说明本技术的具体实施方式。如图1展示一种可扩展型通用机器人开发平台，分为四层结构，由第一层板A，第二层板B，第三层板C，及第四层板D构成，并配有支撑架E。第一层板A用以支撑该系统的驱动部分。两个受控轮1及其对应的含有电机的变速齿轮箱2固定在板A的底部前方，左右各一个。两个受控轮1或两个万向轮3与第一层模板底部相连，位于机器人后方，左右各一个。所述受控轮在变速箱的控制下，调整前进的方向及速度。万向轮被带动运动。所述变速箱在系统驱动程序下工作，该驱动程序既可受机器人主机系统的控制，也可接受远程控制中心的发来的命令。机器人主机系统在对环境识别程序和防碰撞程序进行处理后，对该驱动程序发出动作指令，引导机器人的行进。电源电池4，直流变压电源模块6，固定在第一层板A的顶部。所述电源电池为可充电电池，其大小可根据用户要求进行更换。系统主机板7固定在第二层板B的顶部，它是该机器人系统的核心本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可扩展型通用机器人开发平台，其特征在于：采用模块化的软硬件结构，包括有多计算机分布处理系统、行进控制系统、识别系统、闪存卡式可替换存储系统、可替换电源系统、无线／有线通讯系统、可扩充接口部分、模块化操作系统、可与微软机器人开发平台兼容的接口、以及模块化软件应用系统；所述多计算机分布处理系统包括多核微处理器（ＣＰＵ），微控制处理器（ＭＣＵ），可供用户选择的模块化微软视窗嵌入式操作系统，或是Ｌｉｎｕｘ操作系统，与微软机器人开发平台兼容的软件接口，以及控制处理、防碰撞处理、采样处理、图像处理、无线通讯、及人机交互处理应用程序；所述行进控制系统包括马达控制部分和防碰撞系统，所述马达控制部分包括有马达控制器、含有电机的变速齿轮箱、受控轮、及万向轮；所述识别系统包括有数字摄像头、伺服电机控制器、伺服电机、距离探测器、和双向水平仪；所述可替换电源系统包括直流变压电源模块和可充电电池，所述无线通讯系统包括经由ＷｉＦｉ但不限于ＷｉＦｉ的无线通讯系统，以及Ａ／Ｖ高频发射、接收系统；主机ＣＰＵ系统通过微控制器ＭＣＵ及马达控制器控制马达的变速，进而控制系统的行进；ＭＣＵ接受ＣＰＵ发来的询问指令，检测各个距离探测器或水平探测器，并将其获得的信息发送给ＣＰＵ；伺服电机控制器与主机ＣＰＵ直接相连，在ＣＰＵ指令下，对伺服电机进行控制；无线网Ｗｉ－Ｆｉ接收器用以接收远程控制中心发来的指令，并转送到主机ＣＰＵ进行处理。...

【技术特征摘要】
1、一种可扩展型通用机器人开发平台，其特征在于：采用模块化的软硬件结构，包括有多计算机分布处理系统、行进控制系统、识别系统、闪存卡式可替换存储系统、可替换电源系统、无线/有线通讯系统、可扩充接口部分、模块化操作系统、可与微软机器人开发平台兼容的接口、以及模块化软件应用系统；所述多计算机分布处理系统包括多核微处理器(CPU)，微控制处理器(MCU)，可供用户选择的模块化微软视窗嵌入式操作系统，或是Linux操作系统，与微软机器人开发平台兼容的软件接口，以及控制处理、防碰撞处理、采样处理、图像处理、无线通讯、及人机交互处理应用程序；所述行进控制系统包括马达控制部分和防碰撞系统，所述马达控制部分包括有马达控制器、含有电机的变速齿轮箱、受控轮、及万向轮；所述识别系统包括有数字摄像头、伺服电机控制器、伺服电机、距离探测器、和双向水平仪；所述可替换电源系统包括直流变压电源模块和可充电电池，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈宇，黄雅东，
申请(专利权)人：陈宇，
类型：实用新型
国别省市：11[中国|北京]