CN101893898A - 智能小车的重力感应控制装置 - Google Patents

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王琪
袁明新
李忠国
程飞
夏凡
孟庆历
李成林
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Jiangsu University of Science and Technology
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Abstract

本发明公布了一种智能小车的重力感应控制装置，包括重力感应遥控器、小车驱动装置、小车转向装置和小车控制板，所述的重力感应遥控器包括单片机、三轴重力加速度传感器、低通滤波通道、陀螺仪、有源低通滤波通道以及无线发送模块；其中三轴重力加速度传感器的输出端通过低通滤波通道后与单片机的输入端相连，所述陀螺仪的角加速度信号输出端经有源低通滤波通道后单片机的另一个输入端相连，所述的无线发送模块与单片机的输入端相连。本发明实现智能小车的远距离无线遥控操作和无级调节，避免了传统遥控器中对转向和转速控制键的机械击打，延长了智能小车的使用寿命。

Description

智能小车的重力感应控制装置
技术领域
本发明专利涉及到一种智能移动小车的运动控制器，尤其涉及到智能小车的转向和转速控制技术的智能小车的重力感应控制装置。
背景技术
目前，智能移动小车的控制系统通常是由含有左右和前后控制键的遥控器、智能小车控制板和直流电机等组成，遥控器和小车控制板主要通过无线连接。操作者通过对遥控器上左右键的操作来获得小车转向控制信号，然后该控制信号驱动一个直流电机，电机伸出轴的顶部装有齿轮，通过该齿轮与含有齿条的转向机构的啮合来实现智能小车的转向控制。操作者通过对上下键的操作来获得智能小车向前和向后的驱动控制信号。小车控制器利用该驱动信号来实现其运动控制。该类型的智能小车控制方式具有操作简单的优点，但是智能小车的转向角度和转向运动速度都是固定的，不能适应小车在不同转弯半径下所需的不同转向角度、不能适应小车在不同路况下所需的不同驱动速度，此外，遥控器上的按键主要是机械装置，在进行小车遥控时击打次数和击打频率比较高，很容易造成遥控器的损坏，从而降低智能小车的使用寿命。
发明内容
技术问题：本发明目的是针对现有技术存在的智能移动小车在转向和转速方面的不可自适应调节，以及机械式遥控器多次击打容易磨损等问题提供一种可以实现智能小车无级调向、调速和无需频繁击打按键的，且能实现小车无线遥控驱动的智能小车的重力感应控制装置。
技术方案：本发明为实现上述目的，采用如下技术方案：
本发明智能小车的重力感应控制装置，包括重力感应遥控器、小车驱动装置、小车转向装置和小车控制板，所述的重力感应遥控器包括单片机、三轴重力加速度传感器、低通滤波通道、陀螺仪、有源低通滤波通道以及无线发送模块；其中三轴重力加速度传感器的输出端通过低通滤波通道后与单片机的输入端相连，所述陀螺仪的角加速度信号输出端经有源低通滤波通道后与单片机的另一个输入端相连，所述的无线发送模块与单片机的输入端相连。
其中，所述的小车驱动装置包括齿轮减速装置、直流电机、横向传动轴、纵向传动轴、换向机构和车轮，所述直流电机伸出轴的端部装有齿轮，所述的横向传动轴一端也装有齿轮，两个齿轮通过减速装置相连，横向传动轴另一端通过换向机构与纵向传动轴相连，而纵向传动轴与所述的车轮相连。
其中，所述的小车转向装置包括舵机和梯形转向机构，所述的舵机和所述的梯形转向机构相连，而所述的梯形转向机构再和智能小车的车轮相连。
其中，所述的小车控制板包括单片机、无线接收模块、舵机和直流电机驱动模块；其中无线接收模块的输出端分别与所述单片机的输入端相连，所述的舵机与单片机的输出端相连，单片机的另一输出端通过所述直流电机驱动模块来驱动智能小车的直流电机。
有益效果：本发明不仅能实现智能小车的远距离无线遥控操作，而且能实现小车在转向控制和转速控制上的无级调节，可以大大提高智能小车在各种工况下的运动控制性能。此外，由于装置中的遥控器是基于重力加速度传感器和陀螺仪来实现的，避免了传统遥控器中对转向和转速控制键的机械击打，延长了智能小车的使用寿命。
附图说明
图1智能小车重力感应控制示意图；
图2智能小车结构及其安装示意图；
图3智能小车重力感应遥控器电路图；
图4智能小车车体控制电路图；
图5智能小车重力感应遥控器的软件控制流程图；
图6智能小车车体的软件控制流程图。
图中标记为：1、车身底板，2、智能小车车体控制板，3、齿轮减速装置，4、电池组，5、直流电机，6、横向传动轴，7、舵机，8、纵向传动轴，9、梯形转向机构，10、换向机构，11、减振装置，12、车轮，13、F2274型MSP430单片机(遥控装置)，14、三轴重力加速度传感器MMA7260，15、低通滤波通道，16、ENC-03R型陀螺仪，17、有源低通滤波通道，18、APC200A-43无线发送模块，19、F2274型MSP430单片机(车体控制板)，20、APC200A-43无线接收模块，21、直流电机驱动模块。
具体实施方式
实施例一：
本实例是智能小车的重力感应遥控装置，该实例主要是解决如何获取智能小车的转向和转速控制信号。
如图1、2和4所示，重力感应遥控器设有型号为MMA7260的三轴重力加速度传感器14，ENC-03R型陀螺仪16，APC200A-43无线发送模块18，以及型号为F2274的MSP430单片机13。所述的三轴重力加速度传感器14的X、Y、Z输出信号在通过低通滤波通道15之后，分别与所述的MSP430单片机13的P2.0、P2.1、P2.2的A/D采集端口相连。所述ENC-03R型陀螺仪16的角加速度输出信号，经有源低通滤波通道17后与MSP430单片机13的P2.4端口相连。而所述的APC200A-43无线发送模块18的TX、RX端口分别与MSP430单片机13的P3.5/RXD、P3.6/TXD相连。系统上电后，所述的MSP430单片机13首先对三轴重力加速度传感器14和ENC-03R型陀螺仪16进行初始化，并进行校准。然后操作者手握重力感应遥控装置进行转动和摆动，MSP430单片机13利用内置的10位AD转换器，对加速度传感器14的X，Y，Z方向上的加速度电压信号和陀螺仪16的角加速度电压信号进行采集。再接着MSP430单片机13对采样后的X方向加速度和陀螺仪16角加速度进行卡尔曼滤波计算，从而得到方向盘与水平方向的偏角，该偏角即为智能小车的转向角度。此外将三轴重力加速度传感器14的Y方向加速度信号作为电机转速控制信号。最后MSP430单片机13通过APC200A-43无线发送模块18将转向和转速控制信号传输给智能小车车体控制板2。
实施例二：
本实例是智能小车的车轮驱动装置，该实例主要是解决智能小车实现两前轮驱动的结构设计问题。
如图1和2所示，智能小车驱动装置上设有直流电机5、横向传动轴6、换向机构10、纵向传动轴8和车轮12。所述的直流电机5的伸出轴端部接有一齿轮，该齿轮通过减速装置3与所述横向传动轴6端部的齿轮啮合相连。横向传动轴6再通过所述的换向机构10与连接两个前轮12的纵向传动轴8相连。当直流电机5收到控制信号后，将通过减速装置3、横向传动轴6、换向机构10、纵向传动轴8等实现智能小车两前轮12的驱动。
实施例三：
本实例是智能小车的转向控制装置，该实例主要是解决智能小车实现两前轮摆动的结构设计问题。
如图1和2所示，智能小车转向装置上设有安装在车身1上的舵机7、梯形转向机构9。所述的舵机7在收到PWM控制信号后，输出与PWM信号成正比的角度，从而拉动梯形转向机构9摆动，而梯形转向机构9又与车轮12相连，进而实现智能小车在运动过程中所需的转向调节。
实施例四：
本实例是智能小车的控制板，该实例主要是解决如何实现智能小车的转向和转速控制。
如图1、2、3、5和6所示，控制板上设有型号为F2274的MSP430单片机19、APC200A-43无线接收模块20、舵机7、直流电机驱动模块21。所述的APC200A-43无线接收模块20的TX和RX端分别与MSP430单片机19的P3.5/RXD和P3.4/TXD端口相连。舵机7的PWM端口与MSP430单片机19的P4.1/TB1端口相连。MSP430单片机19的端口P1.3/TA2和P1.2/TA1通过直流电机驱动模块21来驱动直流电机5。系统上电后，MSP430单片机19首先对电机5和舵机7进行初始化，使电机5停转，舵机7回到中间位置。舵机7使用周期为20ms的PWM波控制，占空比由7.5％～12.5％分别对应舵机7的-90度到+90度。直流电机5也同样由PWM波来控制。MSP430单片机19在检查到来自UART通信接受标志位的置位信号后，开始进行控制数据接收：根据获得的方向控制信息，将其转换成对应的PWM波发送给舵机7实现智能小车的转向；根据获得的电机控制数据，将其转换成对应的PWM波，经电机驱动模块21后，实现直流电机5的运动控制。

Claims (4)

1.一种智能小车的重力感应控制装置，包括重力感应遥控器、小车驱动装置、小车转向装置和小车控制板，其特征在于：所述的重力感应遥控器包括单片机(13)、三轴重力加速度传感器(14)、低通滤波通道(15)、陀螺仪(16)、有源低通滤波通道(17)以及无线发送模块(18)；其中三轴重力加速度传感器(14)的输出端通过低通滤波通道(15)后与单片机(13)的输入端相连，所述陀螺仪(16)的角加速度信号输出端经有源低通滤波通道(17)后与单片机(13)的另一个输入端相连，所述的无线发送模块(18)与单片机(13)的输入端相连。
2.根据权利要求1所述的智能小车的重力感应控制装置，其特征在于所述的小车驱动装置包括齿轮减速装置(3)、直流电机(5)、横向传动轴(6)、纵向传动轴(8)、换向机构(10)和车轮(12)，所述直流电机(5)伸出轴的端部装有齿轮，所述的横向传动轴(6)一端也装有齿轮，两个齿轮通过减速装置(3)相连，横向传动轴(6)另一端通过换向机构(10)与纵向传动轴(8)相连，而纵向传动轴(8)与所述的车轮(12)相连。
3.根据权利要求1所述的智能小车的重力感应控制装置，其特征在于所述的小车转向装置包括舵机(7)和梯形转向机构(9)，所述的舵机(7)和所述的梯形转向机构(9)相连，而所述的梯形转向机构(9)再和智能小车的车轮(12)相连。
4.根据权利要求1所述的智能小车的重力感应控制装置，其特征在于所述的小车控制板包括单片机(19)、无线接收模块(20)和直流电机驱动模块(21)；其中无线接收模块(20)的输出端分别与所述单片机(19)的输入端相连，所述的舵机(7)与单片机(19)的输出端相连，单片机(19)的另一输出端通过所述直流电机驱动模块(21)来驱动智能小车的直流电机(5)。
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PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Open date: 20101124