大尺寸球形機(jī)器人控制系統(tǒng)的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種大尺寸球形機(jī)器人控制系統(tǒng)，它包括上位機(jī)部分和球形機(jī)器人部分。所述上位機(jī)部分包括計(jì)算機(jī)，單片機(jī)和無(wú)線(xiàn)通信模塊，負(fù)責(zé)系統(tǒng)管理、人機(jī)接口、任務(wù)規(guī)劃和動(dòng)作指令生成等功能。所述球形機(jī)器人部分包括主控制器，單片機(jī)和姿態(tài)傳感器，避障傳感器，伺服電機(jī)控制器，無(wú)線(xiàn)通信模塊，24V鋰電池，5V鋰電池,24V繼電器，5V繼電器。上位機(jī)部分的計(jì)算機(jī)操作通過(guò)單片機(jī)和無(wú)線(xiàn)通信模塊向球形機(jī)器人發(fā)送指令，球形機(jī)器人部分的無(wú)線(xiàn)通信模塊接收指令，單片機(jī)根據(jù)指令與主控制器通信，主控制器控制繼電器、伺服電機(jī)控制器動(dòng)作，并根據(jù)姿態(tài)傳感器和避障傳感器反饋調(diào)整機(jī)器人運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人直線(xiàn)和轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】大尺寸球形機(jī)器人控制系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及大尺寸球形機(jī)器人控制系統(tǒng)，特別是適用于環(huán)境探測(cè)的大尺寸球形機(jī)器人控制系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]在環(huán)境探測(cè)過(guò)程中，通常會(huì)遇到崎嶇不平，濕地，沼澤，極熱或極寒等惡劣的環(huán)境，極大的制約著科學(xué)考察的開(kāi)展，因此機(jī)器人代替人工進(jìn)行探測(cè)，成為一種新的趨勢(shì)。目前，出現(xiàn)了輪式、腿式或履帶式等機(jī)器人應(yīng)用于科考活動(dòng)。
[0003]由于球形機(jī)器人具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、控制方便、運(yùn)動(dòng)靈活，以及效率高、能耗小，并具有良好的動(dòng)態(tài)和靜態(tài)平衡性等優(yōu)點(diǎn)，近些年來(lái)得到了快速的發(fā)展，廣泛應(yīng)用于環(huán)境探測(cè)，科學(xué)研究，娛樂(lè)等領(lǐng)域，國(guó)內(nèi)外都做了大量的研究，并且取得了較好的成果。但是，對(duì)比分析了國(guó)內(nèi)外的研究，球形機(jī)器人驅(qū)動(dòng)主要分為內(nèi)驅(qū)動(dòng)和外驅(qū)動(dòng)。對(duì)于內(nèi)驅(qū)動(dòng)的球形機(jī)器人，目前國(guó)內(nèi)外通常做得比較小，北京郵電大學(xué)的BYQ系列，哈爾濱工業(yè)大學(xué)研制的球形機(jī)器人，北航的BHQ等，通常直徑在320mnT600mm，大小不等，主要用于簡(jiǎn)單的環(huán)境探測(cè)，因此對(duì)應(yīng)的控制系統(tǒng)采用單一的單片機(jī)，DSP或是ARM類(lèi)控制單元。外驅(qū)動(dòng)的球形機(jī)器人，大多是充氣型或是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的框架結(jié)構(gòu)，依靠風(fēng)力驅(qū)動(dòng)，內(nèi)部結(jié)構(gòu)配置探測(cè)環(huán)境數(shù)據(jù)的器件，控制部分很少，自主性比較差，不能按照預(yù)定的軌跡運(yùn)動(dòng)。
[0004]對(duì)于用于環(huán)境探測(cè)的球形機(jī)器人，要能克服越障困難，陷入凹凸不平的縫隙中的各種困難，并且能根據(jù)環(huán)境的參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，具有自主性。這些要求制約了尺寸偏小的球形機(jī)器人和外驅(qū)動(dòng)球形機(jī)器人的應(yīng)用。為了能適用于惡劣環(huán)境的探測(cè)，研制了一個(gè)直徑為I米的大尺寸球形機(jī)器人。球形機(jī)器人通過(guò)驅(qū)動(dòng)電機(jī)和轉(zhuǎn)向電機(jī)，帶動(dòng)擺桿和配置塊運(yùn)動(dòng)，改變機(jī)器人的質(zhì)心位置，產(chǎn)生偏心力矩，驅(qū)動(dòng)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)和轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)。為了實(shí)現(xiàn)這種自主的運(yùn)動(dòng)，針對(duì)大尺寸的球形機(jī)器人，設(shè)計(jì)發(fā)明了一套大尺寸球形機(jī)器人的控制系統(tǒng)。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]本發(fā)明的目的在于解決現(xiàn)有的技術(shù)存在的問(wèn)題，為大尺寸球形機(jī)器人提供一種能實(shí)現(xiàn)直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)和轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)的大尺寸球形機(jī)器人控制系統(tǒng)。
[0006]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種大尺寸球形機(jī)器人控制系統(tǒng)，包括上位機(jī)部分和球形機(jī)器人部分。所述上位機(jī)部分包括計(jì)算機(jī)，單片機(jī)和無(wú)線(xiàn)通信模塊，負(fù)責(zé)系統(tǒng)管理、人機(jī)接口、任務(wù)規(guī)劃和動(dòng)作指令生成等功能。所述球形機(jī)器人部分的包括主控制器，單片機(jī)和姿態(tài)傳感器，避障傳感器，伺服電機(jī)控制器，無(wú)線(xiàn)通信模塊，24V鋰電池，5V鋰電池，24V繼電器，5V繼電器。所述控制器連接伺服電機(jī)控制器、單片機(jī)、姿態(tài)傳感器、避障傳感器和5V繼電器，所述24V鋰電池經(jīng)24V繼電器和伺服電機(jī)控制器連接伺服電機(jī)，所述單片機(jī)連接24V繼電器、無(wú)線(xiàn)通信模塊、5V鋰電池和5V繼電器；
上位機(jī)部分無(wú)線(xiàn)通信模塊包括接收和發(fā)射兩塊射頻芯片。[0007]球形機(jī)器人部分無(wú)線(xiàn)通信模塊包括接收和發(fā)射兩塊射頻芯片。
[0008]所述球形機(jī)器人部分的主控制器集成在一塊開(kāi)發(fā)板上。
[0009]大尺寸球形機(jī)器人的控制系統(tǒng)，計(jì)算機(jī)操作通過(guò)單片機(jī)和無(wú)線(xiàn)通信模塊向球形機(jī)器人發(fā)送指令，機(jī)器人的無(wú)線(xiàn)通信模塊接收指令，單片機(jī)根據(jù)指令與主控制器通信，主控制器，控制繼電器、伺服電機(jī)控制器動(dòng)作，并根據(jù)姿態(tài)傳感器和避障傳感器反饋調(diào)整機(jī)器人運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人直線(xiàn)和轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)；主控制器通過(guò)單片機(jī)向計(jì)算機(jī)發(fā)送機(jī)器人的狀態(tài)信息。
[0010]上位機(jī)部分的單片機(jī)，型號(hào)為STM32，帶有SPI接口，采用串口轉(zhuǎn)USB芯片，通過(guò)USB連接計(jì)算機(jī)。用于控制無(wú)線(xiàn)通信的接收和發(fā)送。
[0011]所述上位機(jī)部分的兩塊射頻芯片，型號(hào)為nRF24L01，與單片機(jī)連接。用于發(fā)射和接受計(jì)算機(jī)和主控制器的信號(hào)
上位機(jī)部分與球形機(jī)器人部分是通過(guò)無(wú)線(xiàn)傳輸通信的方式連接。
[0012]所述球形機(jī)器人部分的主控制器型號(hào)是S3C6410處理器，主頻率為667MHz，運(yùn)行于Linux2.6平臺(tái)。安裝于開(kāi)發(fā)板上。用于計(jì)算機(jī)器人的各種姿態(tài)信息和控制機(jī)器人的各種動(dòng)作，執(zhí)行控制算法，發(fā)送狀態(tài)信息等。
[0013]球形機(jī)器人的開(kāi)發(fā)板，是安裝于球形機(jī)器人的內(nèi)框的控制盒內(nèi)。用于加快開(kāi)發(fā)速度。
[0014]球形機(jī)器人部分的單片機(jī)，型號(hào)為STM32。通過(guò)USB接口與主控制連接，安裝于球形機(jī)器人的內(nèi)框控制盒內(nèi)。主要發(fā)揮其外設(shè)齊全且編程簡(jiǎn)單的優(yōu)勢(shì)，并為主控制器分擔(dān)一些任務(wù)。
[0015]所述球形機(jī)器人部分的兩塊射頻芯片，與單片機(jī)連接，接收計(jì)算機(jī)的信息指令和發(fā)射球形機(jī)器人的信息。
[0016]球形機(jī)器人部分的姿態(tài)傳感器，，內(nèi)部包含三軸陀螺儀，三軸加速度以及三軸磁場(chǎng)傳感器，用于測(cè)量球形機(jī)器人的姿態(tài)數(shù)據(jù)。通過(guò)USB接口，與主控器連接，其安裝于球形機(jī)器人的側(cè)板上。
[0017]球形機(jī)器人部分的避障傳感器，用于判斷前方是否有障礙，以調(diào)整運(yùn)動(dòng)姿態(tài)。連接轉(zhuǎn)USB芯片，通過(guò)USB接口，與主控制器連接，其安裝于球形機(jī)器人的側(cè)板上。
[0018]球形機(jī)器人部分伺服電機(jī)控制器，選用Maxon公司的EP0S2 24/5,安裝在伺服電機(jī)上，與伺服電機(jī)通過(guò)24V電線(xiàn)連接。伺服電機(jī)控制器通過(guò)mini USB接口與主控制器連接。
[0019]球形機(jī)器人部分的24V繼電器和5V繼電器，型號(hào)為歐姆龍G5SB-14系列。通過(guò)控制線(xiàn)與單片機(jī)連接，單片機(jī)根據(jù)指令控制繼電器通斷。其特征是安裝于球形機(jī)器人的內(nèi)框上。
[0020]球形機(jī)器人部分的24V鋰電池和5V鋰電池，分別為伺服電機(jī)和球形機(jī)器人的單片機(jī)、開(kāi)發(fā)板提供電源，安裝在球形機(jī)器人的配置塊上。
[0021]當(dāng)電源接通后，球形機(jī)器人的STM32單片機(jī)工作。STM32單片機(jī)接通射頻芯片，主控制器，電機(jī)控制器附屬的繼電器模塊。主控制器開(kāi)始自檢，完成初始化，創(chuàng)建共享內(nèi)容，建立兩個(gè)進(jìn)程，一個(gè)進(jìn)程判斷電機(jī)是否啟動(dòng)，是否完成初始化，繼電器是否閉合，另一進(jìn)程通過(guò)枚舉串口設(shè)備后，傳送姿態(tài)傳感器和避障傳感器的采集數(shù)據(jù)。串口設(shè)備與姿態(tài)傳感器和避障傳感器相比，其采集的是指令，不需要極其迅速的響應(yīng)，而姿態(tài)傳感器和避障傳感器需要采集并計(jì)算機(jī)器人的相關(guān)數(shù)據(jù)，因此串口設(shè)備采用延遲100ms，再掃描有無(wú)新數(shù)據(jù)。主控制器讀取姿態(tài)傳感器和避障傳感器的數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)化數(shù)據(jù)格式，并計(jì)算機(jī)器人轉(zhuǎn)動(dòng)角速度，獲取機(jī)器人的姿態(tài)數(shù)據(jù)和位置數(shù)據(jù)，執(zhí)行傳感器控制算法，更新指令參數(shù)。伺服電機(jī)控制器與主控制器連接，執(zhí)行在共享內(nèi)存中的電機(jī)控制指令，同時(shí)采集電機(jī)的位置，速度和實(shí)時(shí)輸出的電流信息，并傳送到主控制器。主控制器將采集到的傳感器信息，伺服電機(jī)控制器的信息，通過(guò)串口通信進(jìn)程與上位機(jī)聯(lián)系。通信模塊通過(guò)兩臺(tái)協(xié)同處理信息的輔助控制器STM32單片機(jī)完成，并通過(guò)兩對(duì)射頻芯片傳輸數(shù)據(jù)和執(zhí)行指令，一對(duì)用于無(wú)線(xiàn)發(fā)射任務(wù)，另一對(duì)用于無(wú)線(xiàn)接收任務(wù)。當(dāng)主控制器完成上位機(jī)的指令任務(wù)之后，通過(guò)串口控制輔助控制器STM32單片機(jī)斷開(kāi)繼電器模塊，機(jī)器人則可以進(jìn)入待機(jī)模式。
[0022]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比較，具有如下顯而易見(jiàn)的突出實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著技術(shù)進(jìn)
I K
少:
本發(fā)明控制系統(tǒng)，能實(shí)現(xiàn)大尺寸球形機(jī)器人的器件多，負(fù)載大的狀態(tài)，在復(fù)雜環(huán)境下實(shí)現(xiàn)直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)和轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)。能夠在運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，根據(jù)姿態(tài)傳感器和避障傳感器的反饋，不斷調(diào)整運(yùn)動(dòng)姿態(tài)，克服惡劣環(huán)境。
【專(zhuān)利附圖】
【附圖說(shuō)明】
[0023]圖1是球形機(jī)器人控制系統(tǒng)的框圖 圖2是球形機(jī)器人的外形結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)
圖3是球形機(jī)器人控制部件布局圖(I)
圖4是球形機(jī)器人控制部件布局圖(2)
圖5是球形機(jī)器人控制流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024]本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)例集合附圖詳述如下:
實(shí)施例一:
參見(jiàn)圖1一圖5，本大尺寸球形機(jī)器人控制系統(tǒng)，包括上位機(jī)部分(114)和球形機(jī)器人部分(115)，其特征在于:所述上位機(jī)部分(114)是一個(gè)計(jì)算機(jī)(101)經(jīng)一個(gè)單片機(jī)(102)連接一個(gè)無(wú)線(xiàn)通信模塊(103)，負(fù)責(zé)系統(tǒng)管理、人機(jī)接口、任務(wù)規(guī)劃和動(dòng)作指令生成。所述球形機(jī)器人部分(115)的包括主控制器(106)、單片機(jī)(105)、姿態(tài)傳感器(107)、避障傳感器(108 )、伺服電機(jī)控制器(111)、無(wú)線(xiàn)通信模塊(104 )、24V鋰電池(109 )、5V鋰電池(112 )、24V繼電器(110)和5V繼電器(113)，所述控制器(106)連接伺服電機(jī)控制器、單片機(jī)
(105)、姿態(tài)傳感器(107)、避障傳感器(108)和5V繼電器(113)，所述24V鋰電池(109)經(jīng)24V繼電器(110)和伺服電機(jī)控制器(111)連接伺服電機(jī)(117)，所述單片機(jī)(105)連接24V繼電器(110)、無(wú)線(xiàn)通信模塊(104)、5V鋰電池(112)和5V繼電器(113)；
所述上位機(jī)部分(114)無(wú)線(xiàn)通信模塊(103)包括接收和發(fā)射兩塊射頻芯片(103-1，103-2)
所述球形機(jī)器人部分(115)無(wú)線(xiàn)通信模塊(104)包括接收和發(fā)射兩塊射頻芯片(104-1，104-2)
所述球形機(jī)器人部分的主控制器(106)集成在一塊開(kāi)發(fā)板(I 16)上。
[0025]所述計(jì)算機(jī)(101)操作通過(guò)單片機(jī)(102)和無(wú)線(xiàn)通信模塊(103)向球形機(jī)器人發(fā)送指令，球形機(jī)器人(115)的無(wú)線(xiàn)通信模塊(104)接收指令，單片機(jī)(105)根據(jù)指令與主控制器(106)通信，主控制器(106)控制繼電器(110，113)、伺服電機(jī)控制器(111)動(dòng)作，并根據(jù)姿態(tài)傳感器(107)和避障傳感器(108)反饋調(diào)整機(jī)器人運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人直線(xiàn)和轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)；主控制器(106 )通過(guò)單片機(jī)(105 )向計(jì)算機(jī)(101)發(fā)送狀態(tài)信息。
[0026]實(shí)施例二
本實(shí)施例與實(shí)施例一基本相同，特別之處在于:所述上位機(jī)部分(114)的單片機(jī)(102)型號(hào)為STM32，帶有SPI接口，采用串口轉(zhuǎn)USB芯片，通過(guò)USB連接計(jì)算機(jī)(101 )，用于控制無(wú)線(xiàn)通信的接收和發(fā)送。所述上位機(jī)部分(114)的兩塊射頻芯片(103-1，103-2)型號(hào)為nRF24L01，通過(guò)SPI接口與單片機(jī)(102)連接。用于發(fā)射和接受計(jì)算機(jī)(101)和主控制器(106)的信號(hào)。所述上位機(jī)部分(114)與球形機(jī)器人部分(115)是通過(guò)無(wú)線(xiàn)傳輸通信的方式連接。所述球形機(jī)器人部分的主控制器(106)采用S3C6410型處理器，主頻率為667MHz，運(yùn)行于Linux2.6平臺(tái)；該處理器安裝于開(kāi)發(fā)板(116)內(nèi)，該開(kāi)發(fā)板(116)安裝在一個(gè)控制盒(3)內(nèi)，用于計(jì)算機(jī)器人的各種姿態(tài)信息和控制機(jī)器人的各種動(dòng)作，執(zhí)行控制算法，發(fā)送狀態(tài)信息。所述球形機(jī)器人部分的開(kāi)發(fā)板(116)型號(hào)為0K6410，安裝于球形機(jī)器人部分(115)的一個(gè)內(nèi)框(2)控制盒(3)內(nèi)。所述球形機(jī)器人部分的單片機(jī)(105)，其型號(hào)為STM32，通過(guò)USB接口與主控制(106)連接，安裝于球形機(jī)器人(115)的內(nèi)框的控制盒(3)內(nèi)；主要發(fā)揮其外設(shè)齊全且編程簡(jiǎn)單的優(yōu)勢(shì)，并為主控制器(106)分擔(dān)一些任務(wù)。所述球形機(jī)器人部分(115)的兩塊射頻芯片(104-1，104-2)型號(hào)為nRF24L01，通過(guò)SPI接口與單片機(jī)(105)連接，用于發(fā)射和接受計(jì)算機(jī)(101)和主控制器(106 )的信號(hào)。所述球形機(jī)器人部分(115)的姿態(tài)傳感器(107)型號(hào)為xsensMTi，內(nèi)部包含三軸陀螺儀，三軸加速度以及三軸磁場(chǎng)傳感器，用于測(cè)量球形機(jī)器人的姿態(tài)數(shù)據(jù)；通過(guò)USB接口，與主控器(106)連接，其安裝于球形機(jī)器人(115)的一個(gè)側(cè)板(9)上。所述球形機(jī)器人部分(115)的避障傳感器(108)型號(hào)為:E18-D80NK，用于判斷前方是否有障礙，以調(diào)整運(yùn)動(dòng)姿態(tài)；其連接USB芯片，通過(guò)USB接口，與主控制器(106)連接，安裝于球形機(jī)器人(115)的一個(gè)側(cè)板(9)上。所述球形機(jī)器人部分(115)伺服電機(jī)控制器(111)，選用Maxon公司的EP0S2 24/5，安裝在伺服電機(jī)(117)上，與伺服電機(jī)(117)通過(guò)24V電線(xiàn)連接；伺服電機(jī)控制器(111)通過(guò)mini USB接口與主控制器(106)連接。所述球形機(jī)器人部分(115)的24V繼電器(110)和5V繼電器(113)，型號(hào)為歐姆龍G5SB-14系列；通過(guò)控制線(xiàn)與單片機(jī)(105)連接，單片機(jī)(105)根據(jù)指令控制繼電器通斷；安裝于球形機(jī)器人部分(115)的內(nèi)框(2)上。所述球形機(jī)器人部分的24V鋰電池(109)和5V鋰電池(112)分別為伺服電機(jī)(117)和單片機(jī)(105)、開(kāi)發(fā)板(116)供電，安裝在球形機(jī)器人的配重盤(pán)(6)上。
[0027]當(dāng)電源接通后，球形機(jī)器人(I 15)接通STM32單片機(jī)(105)。STM32單片機(jī)接通射頻芯片(104-1 104-2)，主控制器(106)，伺服電機(jī)控制器(111)及繼電器(110，113)。主控制器(106)開(kāi)始自檢，完成初始化，創(chuàng)建共享內(nèi)容，建立兩個(gè)進(jìn)程，一個(gè)進(jìn)程判斷電機(jī)是否啟動(dòng)，是否完成初始化，繼電器(110，113)是否閉合，另一進(jìn)程通過(guò)枚舉串口設(shè)備后，傳送姿態(tài)傳感器(107)和避障傳感器(108)的采集數(shù)據(jù)。串口設(shè)備與姿態(tài)傳感器(107)和避障傳感器(108)相比，其采集的是指令，不需要極其迅速的響應(yīng)，而姿態(tài)傳感器(107)和避障傳感器(108)需要采集并計(jì)算機(jī)器人的相關(guān)數(shù)據(jù)，因此串口設(shè)備采用延遲100ms，再掃描有無(wú)新數(shù)據(jù)。主控制器(106)讀取姿態(tài)傳感器(107)和避障傳感器(108)的數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)化數(shù)據(jù)格式，并計(jì)算機(jī)器人轉(zhuǎn)動(dòng)角速度，獲取機(jī)器人的姿態(tài)數(shù)據(jù)和位置數(shù)據(jù)，執(zhí)行傳感器控制算法，更新指令參數(shù)。伺服電機(jī)控制器(111)與主控制器(106)連接，執(zhí)行在共享內(nèi)存中的電機(jī)控制指令，同時(shí)采集電機(jī)的位置，速度和實(shí)時(shí)輸出的電流信息，并傳送到主控制器(106)。主控制器
(106)將采集到的姿態(tài)傳感器(107)和避障傳感器(108)信息，伺服電機(jī)控制器(111)的信息，通過(guò)串口通信進(jìn)程與上位機(jī)(114)聯(lián)系。無(wú)線(xiàn)通信模塊(103，104)通過(guò)通過(guò)兩對(duì)射頻芯片(103-1，103-2，104-1，104-2)傳輸數(shù)據(jù)和執(zhí)行指令，一對(duì)用于無(wú)線(xiàn)發(fā)射任務(wù)，另一對(duì)用于無(wú)線(xiàn)接收任務(wù)。當(dāng)主控制器(106)完成上位機(jī)(114)的指令任務(wù)之后，通過(guò)串口控制球形機(jī)器人的STM32單片機(jī)(105)斷開(kāi)繼電器模塊(110，113)，機(jī)器人則可以進(jìn)入待機(jī)模式。
[0028]結(jié)合圖5，控制單元的流程:
a)開(kāi)啟開(kāi)關(guān)，控制單元初始化，共享內(nèi)存
b)創(chuàng)建子進(jìn)程，判斷電機(jī)是否啟動(dòng)，是否初始化，并枚舉設(shè)備并初始化傳感器模塊
c)判斷電機(jī)是否初始化完成
d)串口通信線(xiàn)程延時(shí)IOOms
e)主控制器讀取姿態(tài)傳感器和避障傳感器數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)化數(shù)據(jù)格式，并計(jì)算機(jī)器人姿態(tài)數(shù)據(jù)和位置數(shù)據(jù)，執(zhí)行控制算法，判斷是否需要更新指令參數(shù)，重新調(diào)整機(jī)器人姿態(tài)。
[0029]f)電機(jī)初始化完成，主控制器讀取兩個(gè)電機(jī)指令，采集兩個(gè)電機(jī)的狀態(tài)數(shù)據(jù)，判斷電機(jī)狀態(tài)，是否需要發(fā)送新的運(yùn)動(dòng)指令。
[0030]g)主控制器通過(guò)串口通信，結(jié)合輔助控制器向上位機(jī)發(fā)送機(jī)器人狀態(tài)信息，并接收控制指令，判斷是否有新的指令，如果有，執(zhí)行新的指令。
[0031]h)判斷是否有終止程序，如果有，機(jī)器人結(jié)束任務(wù)。
【權(quán)利要求】
1.一種大尺寸球形機(jī)器人控制系統(tǒng)，包括上位機(jī)部分(114)和球形機(jī)器人部分(115)，其特征在于:所述上位機(jī)部分(114)是一個(gè)計(jì)算機(jī)(101)經(jīng)一個(gè)單片機(jī)(102)連接一個(gè)無(wú)線(xiàn)通信模塊(103)，負(fù)責(zé)系統(tǒng)管理、人機(jī)接口、任務(wù)規(guī)劃和動(dòng)作指令生成；所述球形機(jī)器人部分(115)的包括主控制器(106)、單片機(jī)(105)、姿態(tài)傳感器(107)、避障傳感器(108)、伺服電機(jī)控制器(111)、無(wú)線(xiàn)通信模塊(104)、24V鋰電池(109)、5V鋰電池(112)、24V繼電器(110)和5V繼電器(113)，所述控制器(106)連接伺服電機(jī)控制器、單片機(jī)(105)、姿態(tài)傳感器(107)、避障傳感器(108)和5V繼電器(113)，所述24V鋰電池(109)經(jīng)24V繼電器(110)和伺服電機(jī)控制器(111)連接伺服電機(jī)(117)，所述單片機(jī)(105)連接24V繼電器(110)、無(wú)線(xiàn)通信模塊(104)、5V鋰電池(112)和5V繼電器(113)； 所述上位機(jī)部分(114)無(wú)線(xiàn)通信模塊(103)包括接收和發(fā)射兩塊射頻芯片(103-1，103-2) 所述球形機(jī)器人部分(115)無(wú)線(xiàn)通信模塊(104)包括接收和發(fā)射兩塊射頻芯片(104-1，104-2) 所述球形機(jī)器人部分的主控制器(106)集成在一塊開(kāi)發(fā)板(116)上；所述計(jì)算機(jī)(101)操作通過(guò)單片機(jī)(102)和無(wú)線(xiàn)通信模塊(103)向球形機(jī)器人發(fā)送指令，球形機(jī)器人(115)的無(wú)線(xiàn)通信模塊(104)接收指令，單片機(jī)(105)根據(jù)指令與主控制器(106)通信，主控制器(106)控制繼電器(110，113)、伺服電機(jī)控制器(111)動(dòng)作，并根據(jù)姿態(tài)傳感器(107)和避障傳感器(108)反饋調(diào)整機(jī)器人運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人直線(xiàn)和轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)；主控制器(106)通過(guò)單片機(jī)(105)向計(jì)算機(jī)(101)發(fā)送狀態(tài)信息。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述大尺寸球形機(jī)器人控制系統(tǒng)，其特征在于:所述上位機(jī)部分(114)的單片機(jī)(102)型號(hào)為STM32，帶有SPI接口，采用串口轉(zhuǎn)USB芯片，通過(guò)USB連接計(jì)算機(jī)(101 )，用于控制無(wú)線(xiàn)通信的接收和發(fā)送。`
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述大尺寸球形機(jī)器人控制系統(tǒng)，其特征在于:所述上位機(jī)部分(114)的兩塊射頻芯片(103-1，103-2)型號(hào)為nRF24L01，通過(guò)SPI接口與單片機(jī)(102)連接；用于發(fā)射和接受計(jì)算機(jī)(101)和主控制器(106)的信號(hào)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述大尺寸球形機(jī)器人控制系統(tǒng)，其特征在于:所述上位機(jī)部分(114)與球形機(jī)器人部分(115)是通過(guò)無(wú)線(xiàn)傳輸通信的方式連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述大尺寸球形機(jī)器人控制系統(tǒng)，其特征在于:所述球形機(jī)器人部分的主控制器(106)采用S3C6410型處理器，主頻率為667MHz，運(yùn)行于Linux2.6平臺(tái)；該處理器安裝于開(kāi)發(fā)板(116)內(nèi)，該開(kāi)發(fā)板(116)安裝在一個(gè)控制盒(3)內(nèi)，用于計(jì)算機(jī)器人的各種姿態(tài)信息和控制機(jī)器人的各種動(dòng)作，執(zhí)行控制算法，發(fā)送狀態(tài)信息。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述大尺寸球形機(jī)器人控制系統(tǒng)，其特征在于:所述球形機(jī)器人部分的開(kāi)發(fā)板(116 )型號(hào)為0K6410，安裝于球形機(jī)器人部分(115 )的一個(gè)內(nèi)框(2 )控制盒(3 )內(nèi)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述大尺寸球形機(jī)器人控制系統(tǒng)，其特征在于:所述球形機(jī)器人部分的單片機(jī)(105)，其型號(hào)為STM32，通過(guò)USB接口與主控制(106)連接，安裝于球形機(jī)器人(115)的內(nèi)框的控制盒(3)內(nèi)；主要發(fā)揮其外設(shè)齊全且編程簡(jiǎn)單的優(yōu)勢(shì)，并為主控制器(106)分擔(dān)一些任務(wù)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述大尺寸球形機(jī)器人控制系統(tǒng)，其特征在于:所述球形機(jī)器人部分(115)的兩塊射頻芯片(104-1，104-2)型號(hào)為nRF24L01，通過(guò)SPI接口與單片機(jī)(105)連接，用于發(fā)射和接受計(jì)算機(jī)(101)和主控制器(106)的信號(hào)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述大尺寸球形機(jī)器人控制系統(tǒng)，其特征為:所述球形機(jī)器人部分(115)的姿態(tài)傳感器(107)型號(hào)為xsensMTi，內(nèi)部包含三軸陀螺儀，三軸加速度以及三軸磁場(chǎng)傳感器，用于測(cè)量球形機(jī)器人的姿態(tài)數(shù)據(jù)；通過(guò)USB接口，與主控器(106)連接，其安裝于球形機(jī)器人(115)的一個(gè)側(cè)板(9 )上。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述大尺寸球形機(jī)器人控制系統(tǒng)，其特征在于:所述球形機(jī)器人部分(115)的避障傳感器(108)型號(hào)為:E18-D80NK，用于判斷前方是否有障礙，以調(diào)整運(yùn)動(dòng)姿態(tài)；其連接USB芯片，通過(guò)USB接口，與主控制器(106)連接，安裝于球形機(jī)器人(115)的一個(gè)側(cè)板(9)上。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述大尺寸球形機(jī)器人控制系統(tǒng)，其特征在于:所述球形機(jī)器人部分(115 )伺服電機(jī)控制器(111)，選用Maxon公司的EP0S2 24/5，安裝在伺服電機(jī)(117 )上，與伺服電機(jī)(117)通過(guò)24V電線(xiàn)連接；伺服電機(jī)控制器(111)通過(guò)mini USB接口與主控制器(106)連接。
12. 根據(jù)權(quán)利要求1所述大尺寸球形機(jī)器人控制系統(tǒng)，其特征在于:所述球形機(jī)器人部分(115)的24V繼電器(110)和5V繼電器(113)，型號(hào)為歐姆龍G5SB-14系列；通過(guò)控制線(xiàn)與單片機(jī)(105)連接，單片機(jī)(105)根據(jù)指令控制繼電器通斷；安裝于球形機(jī)器人部分(115)的內(nèi)框(2)上。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述大尺寸球形機(jī)器人控制系統(tǒng)，其特征在于:所述球形機(jī)器人部分的24V鋰電池(109)和5V鋰電池(112)分別為伺服電機(jī)(117)和單片機(jī)(105)、開(kāi)發(fā)板(116 )供電，安裝在球形機(jī)器人的配重盤(pán)(6 )上。
【文檔編號(hào)】G05D1/02GK103777634SQ201410011463
【公開(kāi)日】2014年5月7日 申請(qǐng)日期:2014年1月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月10日
【發(fā)明者】謝少榮, 陳繼清, 羅均, 姚駿峰, 鄒旭東, 祝川, 馮凱 申請(qǐng)人:上海大學(xué)