一種輪式移動機器人運動控制系統的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種運動控制系統，特別涉及一種輪式移動機器人運動控制系統。
【背景技術】
[0002]在現代科學技術日益發達的今天，機器人已經成為人類的一種新型的生產工具和輔助工具，它在日常生活的很多方面都得到了應用，正逐步發揮著越來越重要的作用，并且它在減輕人類的勞動強度，提升人類的生產效率等方面顯示了極大的優越性。然而，現有的很多輪式移動機器人驅動能力較弱，運動控制精度較差，無法實現自主避障，不能滿足一些對驅動能力、控制精度和智能化要求較高的場合。
【實用新型內容】
[0003]本實用新型目的是解決現有輪式移動機器人在驅動能力、控制精度和自主避障上的不足，深入發掘輪式移動機器人的運動潛力，擴寬其應用范圍。本實用新型結構簡單、設計合理，便于產業化推廣應用。
[0004]本實用新型通過以下技術方案實現:
[0005]一種輪式移動機器人運動控制系統由遠程控制系統和車載控制系統組成，所述的遠程控制系統由遠程控制端和無線數傳模塊組成，所述遠程控制端與無線數傳模塊連接，且無線數傳模塊設置有天線，所述車載控制系統由通訊模塊、控制模塊、激光避障模塊、供電模塊、驅動轉向模塊組成，所述通訊模塊包括無線數傳模塊及與無線數傳模塊連接的天線，所述控制模塊包括工控機及設置在工控機上的運動控制卡，所述驅動轉向模塊包括依次連接的編碼器、驅動器、電機、減速箱、車輪，所述通訊模塊的無線數傳模塊與控制模塊的工控機連接，所述運動控制卡與驅動器連接，所述控制模塊還與激光避障模塊和供電模塊連接。
[0006]所述的遠程控制系統由一臺帶有觸摸屏顯示器和無線數傳模塊的PC機來實現。
[0007]所述的供電模塊選用24V鋰電池組和24V轉5V (DC-DC)模塊來實現。
[0008]所述的控制模塊選用運動控制卡作為微控制器，并將其插入工控機的PCI插槽中，實現對機器人四套驅動裝置的精確控制。
[0009]所述的通訊模塊選用無線通訊方式。遠程控制系統通過無線數傳模塊將控制指令發送給車載控制系統；車載控制系統也通過無線數傳模塊將需要反饋的信息如自身的位姿或運行狀態反饋給遠程控制系統。
[0010]所述的驅動轉向模塊選用四輪驅動、差速轉向方式。機器人的四個輪子均為驅動輪，這樣可提升機器人的驅動能力。當四個輪子速度相同時，機器人直線行駛，當左右輪速度不相同時，機器人實現轉向。
[0011]所述的避障模塊選用激光避障方式，機器人利用自身所安裝的激光測距儀來尋找最優避障方向，從而實現自主避障。
[0012]所述的運動控制卡選用固高科技四軸運動控制卡，具體型號為:GTS-400-PV-PCI。
[0013]所述的驅動裝置由電機、驅動器、減速箱和編碼器構成。電機選擇maxon直流伺服有刷電機，驅動器選擇coply直流驅動器，減速箱的減速比選擇111:1。
[0014]所述的無線數傳模塊選用技卓科技小功率無線數傳模塊，具體型號為JZ877。
[0015]所述的激光測距儀選用北陽公司生產的2D激光測距儀，具體型號為:UBG-04LX-F01。
[0016]采用上述技術方案，本實用新型提供的一種輪式移動機器人運動控制系統，具有如下有益效果:(1)選用四軸運動控制卡作為微控制器，同時控制四套驅動裝置，可以顯著提升輪式移動機器人的控制精度；(2)遠程控制系統和車載控制系統之間通過無線數傳模塊進行數據傳輸，信號抗干擾性強，易于維護；(3)用戶可以通過遠程控制系統監控機器人的運行狀態，并對其進行操作，尤其是機器人在較惡劣的環境下工作時，該控制方式實用性更強；(4)機器人的四個輪子均為驅動輪，大大的提升了機器人的驅動能力；(5)選用激光避障方式，由于激光的精度高、抗干擾能力強，使得機器人自主避障更加易于實現；(6)運動控制系統選用模塊化設計，用戶可以根據需求來定制軟硬件模塊，適用性更強。
【附圖說明】
[0017]圖1為本實用新型一種輪式移動機器人運動控制系統的系統設計框圖；
[0018]圖2為本實用新型一種輪式移動機器人運動控制系統所述的四輪驅動轉向示意圖；
[0019]圖3為本實用新型一種輪式移動機器人運動控制系統所述的激光避障示意圖。
【具體實施方式】
[0020]為方便本領域的技術人員了解本實用新型的技術內容，下面結合附圖及實施例對本實用新型做進一步的詳細說明。
[0021]如圖1所示，本實用新型一種輪式移動機器人運動控制系統，包括遠程控制系統1和車載控制系統2，其中所述的遠程控制系統1由遠程控制端和無線數傳模塊組成，所述遠程控制端與無線數傳模塊連接，且無線數傳模塊設置有天線，所述車載控制系統2由通訊模塊5、控制模塊4、激光避障模塊7、供電模塊3、驅動轉向模塊6組成，所述通訊模塊5包括無線數傳模塊及與無線數傳模塊連接的天線，所述控制模塊4包括工控機及設置在工控機上的運動控制卡，所述驅動轉向模塊6包括依次連接的編碼器、驅動器、電機、減速箱、車輪，所述通訊模塊5的無線數傳模塊與控制模塊的4工控機連接，所述運動控制卡與驅動器連接，所述控制模塊4還與激光避障模塊7和供電模塊3連接。
[0022]如圖2所示，本實用新型一種輪式移動機器人運動控制系統所述的四輪驅動轉向示意圖。本實用新型所述的移動機器人本體12采用四輪獨立驅動(左前輪8、左后輪9、右前輪10和右后輪11均為驅動輪)，差速轉向方式。當機器人本體12在水平地面上行駛時，忽略機器人本體12各輪子與地面之間的相對運動，即不打滑，其主要受到滾動摩擦力矩的作用。
[0023]機器人本體12的長度為M，寬度為L，機器人本體12的中心從Q運動到C2點。為左前輪8向前的速度，為右前輪10向前的速度，為左前輪8的絕對速度，為右前輪10的絕對速度，為左前輪8在車寬方向的滑移速度，為右前輪10在車寬方向的滑移速度。當時，，此時機器人本體12沿直線行駛；當時，，此時機器人本體12進行轉向。
[0024]如圖3所示，本實用新型一種輪式移動機器人運動控制系統所述的激光避障示意圖。建立直角坐標系，0點為激光測距儀7的位置，即激光測距儀7安裝在機器人本體12的正前方中點位置，機器人要想到達目標位置13，需要避過障礙物14和障礙物15。
[0025]本實用新型所述的激光測距儀7的最大掃描范圍為4m，角度分辨率為0.36°，將機器人12正前方180°按照每個區間3.6°進行劃分(為了繪圖簡便，圖3中每個區間為10° )，一共可以劃分50個區間，每個區間包含了激光測距儀的11個距離數據(前一個區間的最后一個距離數據作為本區間的第一個距離數據)；找出每個區間中11個距離數據的最小值，并將該最小值與預先設置的閾值R(R〈4m)進行比較，若該最小值小于R，則表明該區間有障礙物，若該最小值大于等于R，則表明該區間無障礙物，即該區間為可行區間；將所有相鄰的可行區間進行合并，來構成可行扇區，則共構成3個可行扇區:扇區16、扇區17和扇區18 ;由于扇區16過小，機器人無法通過，所以扇區16為無效扇區，予以舍去；當機器人通過扇區18避障時，避障后的位置將偏離目標位置13，而當機器人通過扇區17進行避障時，避障后的位置接近目標位置13 ;因此，取扇區17的角平分線0C為機器人本體12的最優避障方向。
[0026]上述實施例僅為本實用新型的最佳實施例，其描述較為具體和詳細，但并非用以限制本實用新型。應該指出的是，對于本領域的技術人員來說，在不脫離本實用新型構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些顯而易見的替換形式均屬于本實用新型的保護范圍。
【主權項】
1.輪式移動機器人運動控制系統，包括遠程控制系統和車載控制系統，其特征在于:所述的遠程控制系統由遠程控制端和無線數傳模塊組成，所述遠程控制端與無線數傳模塊連接，且無線數傳模塊設置有天線，所述車載控制系統由通訊模塊、控制模塊、激光避障模塊、供電模塊、驅動轉向模塊組成，所述通訊模塊包括無線數傳模塊及與無線數傳模塊連接的天線，所述控制模塊包括工控機及設置在工控機上的運動控制卡，所述驅動轉向模塊包括依次連接的編碼器、驅動器、電機、減速箱、車輪，所述通訊模塊的無線數傳模塊與控制模塊的工控機連接，所述運動控制卡與驅動器連接，所述控制模塊還與激光避障模塊和供電模塊連接。2.根據權利要求1所述的輪式移動機器人運動控制系統，其特征在于:所述的遠程控制系統由一臺帶有觸摸屏顯示器和無線數傳模塊的PC機來實現。3.根據權利要求1所述的輪式移動機器人運動控制系統，其特征在于:所述的供電模塊選用24V鋰電池組和24V轉5V模塊來實現。4.根據權利要求1所述的輪式移動機器人運動控制系統，其特征在于:所述的控制模塊選用運動控制卡作為微控制器，并將其插入工控機的PCI插槽中，實現對機器人四套驅動裝置的精確控制。5.根據權利要求1所述的輪式移動機器人運動控制系統，其特征在于:所述的通訊模塊選用無線通訊方式。6.根據權利要求1所述的輪式移動機器人運動控制系統，其特征在于:所述的驅動轉向模塊選用四輪驅動、差速轉向方式，即機器人四個輪子均為驅動輪。7.根據權利要求1所述的輪式移動機器人運動控制系統，其特征在于:所述的避障模塊采用激光避障方式。
【專利摘要】本實用新型公開了一種輪式移動機器人運動控制系統，其特征在于包括了遠程控制系統和車載控制系統，所述的遠程控制系統由遠程控制端和無線數傳模塊組成，所述遠程控制端與無線數傳模塊連接，所述車載控制系統由通訊模塊、控制模塊、激光避障模塊、供電模塊、驅動轉向模塊組成，遠程控制系統通過無線數傳模塊將控制指令發送給車載控制系統，車載控制系統在接收指令之后對其進行解析，同時結合機器人上的傳感器所采集到的環境數據，進而控制各個驅動電機進行轉動；車載控制系統同時也把反饋的信息通過無線數傳模塊傳送給遠程控制系統，以便遙操作人員進行實時監控，本實用新型可以使輪式移動機器人具有較強的驅動能力、較高的運動控制精度以及較好的自主避障能力。
【IPC分類】G05D1/02
【公開號】CN205068155
【申請號】CN201520703980
【發明人】王欣
【申請人】淮陰師范學院
【公開日】2016年3月2日
【申請日】2015年9月5日