智能機器人的處理裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種智能機器人的處理裝置，包括處理芯片、存儲器、超聲波傳感器、紅外測距傳感器、顏色傳感器、加速度傳感器、陀螺儀、磁場傳感器以及攝像頭；所述處理芯片集成于FPGA芯片中，所述處理芯片與所述存儲器電連接，所述處理芯片中設有若干SPI接口、若干RS485接口以及VGA接口，所述處理芯片通過SPI接口與所述超聲波傳感器、所述紅外測距傳感器及所述顏色傳感器相連接，并通過RS485接口與所述加速度傳感器、所述陀螺儀及所述磁場傳感器相連接，所述處理芯片還通過VGA接口與所述攝像頭相連接。本實用新型的處理裝置能夠燒錄在FPGA芯片上，更節省成本，具有多任務處理的功能。
【專利說明】智能機器人的處理裝置
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種智能機器人的處理裝置。
【背景技術】
[0002]在機器人領域，有一種智能機器人教學研究平臺，這種平臺主要面向大中學校的學生和研究人員，提供一套完整的硬件平臺和軟件范例，可以讓學生逐步的接觸和掌握實際的機器人技術和解決方案，并且可快速投入到自己興趣相關的領域進行深入研究，避免各類不同專業的學生在綜合要求能力極高的機器人技術上無法開展學習研究的問題。在現有技術中，對智能機器人的處理器采用的都是DSP (數字信號處理器)+ARM (一種微處理器)的設計方式，導致處理裝置的成本非常高。
實用新型內容
[0003]本實用新型要解決的技術問題是為了克服現有技術中智能機器人的處理器成本非常高的缺陷，提供一種智能機器人的處理裝置。
[0004]本實用新型是通過下述技術方案來解決上述技術問題的:
[0005]本實用新型提供了一種智能機器人的處理裝置，其特點在于，包括一處理芯片、一存儲器、一超聲波傳感器、一紅外測距傳感器、一顏色傳感器、一加速度傳感器、一陀螺儀、一磁場傳感器以及一攝像頭；
[0006]所述處理芯片集成于一 FPGA(現場可編程門陣列)芯片中，所述處理芯片用于與所述存儲器電連接，所述處理芯片中設有若干SPI接口(串行外設接口)、若干RS485接口(一種串行通信接口)以及一 VGA (視頻圖形陣列)接口，所述處理芯片通過所述SPI接口分別與所述超聲波傳感器、所述紅外測距傳感器及所述顏色傳感器相連接，并通過所述RS485接口分別與所述加速度傳感器、所述陀螺儀及所述磁場傳感器相連接，所述處理芯片還通過所述VGA接口與所述攝像頭相連接。
[0007]較佳地，所述處理裝置還包括若干FIR濾波器(有限長單位沖激響應濾波器)，每個FIR濾波器均分別與所述處理芯片及一傳感器相連接。
[0008]較佳地，所述處理裝置還包括一用于控制智能機器人的電機轉速的PID控制器(比例-積分-微分控制器)，所述處理芯片還與所述PID控制器相連接。
[0009]較佳地，所述處理芯片中還設有一 USB(通用串行總線)接口。
[0010]本實用新型的積極進步效果在于:本實用新型的處理裝置能夠燒錄在FPGA芯片上，在實現相同的功能的情況下，更加節省成本，并且具有很好的實時性能和多任務處理的功能。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0011]圖1為本實用新型的一實施例的智能機器人的處理裝置的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0012]下面通過實施例的方式進一步說明本實用新型，但并不因此將本實用新型限制在所述的實施例范圍之中。
[0013]如圖1所示，本實用新型的智能機器人的處理裝置包括一處理芯片1、一存儲器2、一超聲波傳感器3、一紅外測距傳感器4、一顏色傳感器5、一加速度傳感器6、一陀螺儀7、一磁場傳感器8、一攝像頭9、若干FIR濾波器10以及一 PID控制器11。
[0014]所述處理芯片I集成于一 FPGA芯片中，所述處理芯片I用于與所述存儲器2電連接，所述處理芯片I中設有若干SPI接口(串行外設接口)、若干RS485接口( 一種串行通信接口)以及一 VGA(視頻圖形陣列)接口，所述處理芯片I通過所述SPI接口分別與所述超聲波傳感器3、所述紅外測距傳感器4及所述顏色傳感器5相連接，并通過所述RS485接口分別與所述加速度傳感器6、所述陀螺儀7及所述磁場傳感器8相連接，所述處理芯片I還通過所述VGA接口與所述攝像頭9相連接。
[0015]其中，所述超聲波傳感器3、所述紅外測距傳感器4、所述顏色傳感器5、所述加速度傳感器6、所述陀螺儀7以及所述磁場傳感器8分別用于采集智能機器人及其動作對象的相應數據，每個傳感器均與一 PID控制器11相連接，從而所述PID控制器11能夠對每個傳感器采集到的數據進行均值濾波處理，每個PID控制器11還均與所述處理芯片I相連接，以將濾波處理后的數據傳輸至所述處理芯片I。
[0016]通過為不同的傳感器提供不同的、且相匹配的通信接口，例如SPI接口、RS485接口等，并將不同傳感器采集的數據均轉換為所述處理芯片I可讀取的數據，避免了用戶陷入和各類傳感器接口進行反復的通信協議調試的麻煩中。并且所述處理裝置還加入實時的濾波處理裝置，具體為FIR濾波器10，可以設定濾波系數或者進行簡單的均值濾波處理，并且可以設定取平均值的個數，通過濾波器將傳感器的值平滑去干擾后，送到數據總線上供所述處理芯片I使用，這樣完全不用CPU的參與，給予傳感器數據最快的采集速度。
[0017]所述處理芯片I還與所述PID控制器11相連接，所述處理芯片I還涉及智能機器人的電機的PID控制、編碼器數據采集，速度位移計算等功能，提供了無需CPU參與的獨立硬件電機控制模塊，通過設定電機的轉速和PID參數，并通過PID控制器11控制來實現對電機轉速的控制。所述處理芯片I中還設有USB接口。
[0018]其中，在所述處理芯片I中，具體還可以集成圖像處理單元、程序執行單元等功能單元。其中所述圖像處理單元能夠基于包圍盒算法確定以目標物體在每幀圖像中的邊界位置，具體地，在所述圖像處理單元中預存儲有所述目標物體的顏色閥值，所述目標物體由多個像素點組成，每個像素點均具有對應的YUV值，而所述顏色閥值具體包括所述目標物體中像素點的YUV值的最大值和最小值；所述圖像處理單元會將以圖像傳感器采集并輸出的每幀圖像中的像素點的YUV值與所述顏色閥值進行對比，在所述圖像處理單元判斷出所述圖像中的像素點的YUV值位于所述顏色閥值的取值范圍內，并且像素點在二維坐標系中是連續的點時，則確定所述像素點為所述目標物體的像素點，并計算像素點的坐標值，并計算出所述目標物體在二維坐標系中X軸和I軸的最大值以及最小值，從而根據坐標值大小確定所述目標物體的邊界位置，進而可以得知包圍所述目標物體的包圍盒的位置坐標。
[0019]所述程序執行單元則在一指令周期的時間內運行至少一個流程圖模塊，每個流程圖模塊均包括至少一個程序單元，并且每個流程圖模塊對應一個智能機器人的動作，其中程序單元具體可包括執行程序單元(例如機器人的各種運動)、判斷程序單元(具體執行各種判斷)、循環程序單元(循環各種具體操作)以及數學計算程序單元(具體運行各種數學運算)，流程圖模塊中的各個程序會轉換為一種二進制程序序列，這種序列可以被所述程序執行單元執行，所述程序執行單元是一種類似CPU(中央處理單元)的軟核IP模塊，但是，它精簡了傳統RISC (精簡指令集計算機)和CISC (復雜指令集計算機)架構的寄存器數據指令。它僅僅針對解釋執行流程圖模塊而設計，即每個指令周期上，即可運行所述流程圖模塊。在智能機器人的控制功能上，它的效率是非常高的，并且通過設置多個程序執行單元來運行多個流程圖模塊，可以實現多核處理裝置的功能，在需要多任務處理的智能機器人系統上，它的實時響應能力是普通多任務操作系統方式運行的機器人系統所無法比擬的。
[0020]雖然以上描述了本實用新型的【具體實施方式】，但是本領域的技術人員應當理解，這些僅是舉例說明，本實用新型的保護范圍是由所附權利要求書限定的。本領域的技術人員在不背離本實用新型的原理和實質的前提下，可以對這些實施方式做出多種變更或修改，但這些變更和修改均落入本實用新型的保護范圍。
【權利要求】
1.一種智能機器人的處理裝置，其特征在于，包括一處理芯片、一存儲器、一超聲波傳感器、一紅外測距傳感器、一顏色傳感器、一加速度傳感器、一陀螺儀、一磁場傳感器以及一攝像頭； 所述處理芯片集成于一 FPGA芯片中，所述處理芯片用于與所述存儲器電連接，所述處理芯片中設有若干SPI接口、若干RS485接口以及一 VGA接口，所述處理芯片通過所述SPI接口分別與所述超聲波傳感器、所述紅外測距傳感器及所述顏色傳感器相連接，并通過所述RS485接口分別與所述加速度傳感器、所述陀螺儀及所述磁場傳感器相連接，所述處理芯片還通過所述VGA接口與所述攝像頭相連接。
2.如權利要求1所述的處理裝置，其特征在于，所述處理裝置還包括若干FIR濾波器，每個FIR濾波器均分別與所述處理芯片及一傳感器相連接。
3.如權利要求1所述的處理裝置，其特征在于，所述處理裝置還包括一用于控制智能機器人的電機轉速的PID控制器，所述處理芯片還與所述PID控制器相連接。
4.如權利要求1-3中任意一項所述的處理裝置，其特征在于，所述處理芯片中還設有一 USB 接口。
【文檔編號】G05B19/04GK204155086SQ201420560294
【公開日】2015年2月11日 申請日期:2014年9月26日 優先權日:2014年9月26日
【發明者】龐作偉, 黃佳晨 申請人:上海未來伙伴機器人有限公司