CN105116889A - 一种基于太阳能供电的轮式移动机器人控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于太阳能供电的轮式移动机器人控制系统，包括微处理器，太阳能供电模块、导航定位模块、电机控制模块、自主智能巡航控制模块、液晶显示模块。其通过设置太阳能供电模块，可以将太阳能转换为电能给轮式移动机器人供电，能源利用率高、供电成本低；其通过设置红外传感器和超声波传感器构成的自主智能巡航控制模块，可以自动识别障碍物并进行避让，采用了两种传感器的结合，消除了传感器之间可能存在的冗余和矛盾，提高了系统可靠性和测量精度；其通过设置GPS与电子地图组合导航的导航定位模块，可以精确定位并结合电子地图给出正确的导航路线。本系统可以实现自动控制，结构简单、控制方便，耗能较低、可靠性高、实用性强。

Description

一种基于太阳能供电的轮式移动机器人控制系统

技术领域：

本发明属于机器人技术领域，具体是涉及一种基于太阳能供电的轮式移动机器人控制系统。

背景技术：

移动机器人是一个集环境感知、动态决策与规划、行为控制与执行等多功能于一体的综合系统。它集中了传感器技术、信息处理、电子工程、计算机工程、自动化控制工程以及人工智能等多学科的研究成果，代表机电一体化的最高成就，是目前科学技术发展最活跃的领域之一。随着机器人性能不断地完善，移动机器人的应用范围大为扩展，不仅在工业、农业、医疗、服务等行业中得到广泛的应用，而且在城市安全、国防和空间探测领域等有害与危险场合得到很好的应用。因此，移动机器人技术已经得到世界各国的普遍关注。

常见移动机器人运行机构有履带式、腿式、轮式和以上几种机构的组合。路面状况较好时比较适合履带式、轮式机器人，路面较差时较适合腿式步行机器人，轮、腿、履带相结合的机器人适合各种条件的路面。现有技术中应用比较广泛的移动机器人机构是轮式移动机构。轮式机构机器人的机构和控制较为简单并且可以稳定可靠的运动。因此在民用领域、工业领域、军事和科研领域得到了广泛的应用。但是现有的轮式移动机器人还存在如下缺点：车体的运动需要人工遥控来完成，容易出现操作失误，遇到障碍物不能自动识别避让，不能实现自动控制，电源模块采用单独的蓄电池供电，供电时间短，资源利用率低。

发明内容：

为此，本发明所要解决的技术问题在于现有技术中用于轮式移动机器人的控制系统需要人工遥控来完成，容易出现操作失误，车体遇到障碍物不能自动识别避让，电源模块采用单独的蓄电池供电，供电时间短，资源利用率低，从而提出一种基于太阳能供电的移动机器人控制系统。

为达到上述目的，本发明的技术方案如下：

一种基于太阳能供电的轮式移动机器人控制系统，包括：微处理器，太阳能供电模块、导航定位模块、电机控制模块、自主智能巡航控制模块、液晶显示模块；

所述太阳能供电模块与所述微处理器连接，包括最大功率点跟踪器、太阳能电池板、充放电控制电路、蓄电池、电源变换电路和电压检测电路，用于给轮式移动机器人供电；

所述自主智能巡航控制模块与所述微处理器连接，包括红外传感器和超声波传感器，用于判断所述轮式移动机器人周围障碍物并获取所述轮式移动机器人与障碍物之间的距离；

所述导航定位模块与所述微处理器连接，用于给所述轮式移动机器人提供精确的定位和导航；

所述电机控制模块与所述微处理器连接，用于给所述轮式移动机器人提供动力和转向；

所述液晶显示模块与所述微处理器连接，用于显示所述轮式移动机器人的运动状态信息。

作为上述技术方案的优选，所述太阳能供电模块中：

所述最大功率点跟踪器依次连接所述太阳能电池板、所述充放电控制电路、所述蓄电池、所述电源变换电路；所述电压检测电路分别与所述蓄电池、所述电源变换电路连接。

作为上述技术方案的优选，所述太阳能电池板由多个薄膜太阳能电池组成。

作为上述技术方案的优选，所述电机控制模块包括直流电机和电机驱动芯片，所述直流电机与所述轮式移动机器人的后车轮连接。

作为上述技术方案的优选，所述导航定位模块包括GPS接收天线、GPS接收机和储存的电子地图，所述导航定位模块采用GPS与电子地图组合导航的方式实现轮式移动机器人的定位和导航。

作为上述技术方案的优选，所述液晶显示模块采用薄膜晶体管液晶显示器。

作为上述技术方案的优选，还包括：无线通信模块，所述无线通信模块与所述微处理器连接，用于实现所述轮式移动机器人与远端服务器之间的通信。

本发明的有益效果在于：其通过设置太阳能供电模块，可以将太阳能转换为电能给轮式移动机器人供电，同时给蓄电池充电，太阳能利用率高、供电成本低；其通过设置红外传感器和超声波传感器构成的自主智能巡航控制模块，可以自动识别障碍物并进行避让，采用了两种传感器的结合，消除了传感器之间可能存在的冗余和矛盾，提高了系统可靠性和测量精度；其通过设置GPS与电子地图组合导航的导航定位模块，可以对轮式移动机器人精确定位并结合电子地图给出正确的导航路线。本系统可以实现自动控制，结构简单、控制方便，耗能较低、可靠性高、实用性强。

附图说明：

以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中：

图1为本发明一个实施例的一种基于太阳能供电的轮式移动机器人控制系统框图；

图2为本发明一个实施例的太阳能供电模块系统框图；

图3为本发明一个实施例的轮式移动机器人车轮结构示意图。

图中符号说明：

1-车架，2-前车轮，3-第一后车轮，4-第二后车轮。

具体实施方式：

如图1所示，本发明的基于太阳能供电的轮式移动机器人控制系统，包括：微处理器，太阳能供电模块、导航定位模块、电机控制模块、自主智能巡航控制模块、液晶显示模块。

所述太阳能供电模块与所述微处理器连接，包括最大功率点跟踪器、太阳能电池板、充放电控制电路、蓄电池、电源变换电路和电压检测电路，用于给轮式移动机器人供电。所述最大功率点跟踪器，使得太阳能最大限度的转换为电能，提高能源的利用率，所述电源变换电路为DC/DC电源变换电路，将蓄电池的12V电压转换为供电负载所需的电压。所述电压检测电路保证蓄电池的充电电压和电压变换电路的电压为最佳状态，所述最大功率点跟踪器依次连接所述太阳能电池板、所述充放电控制电路、所述蓄电池、所述电源变换电路；所述电压检测电路分别与所述蓄电池、所述电源变换电路连接；所述电源变换电路连接多个供电负载。所述太阳能电池板由多个薄膜太阳能电池组成。太阳能充足时，所述太阳能供电模块给轮式移动机器人直接供电，同时给蓄电池充电，在晚上或者天气不好时，用蓄电池给所述轮式移动机器人供电。

所述自主智能巡航控制模块与所述微处理器连接，包括红外传感器和超声波传感器，用于判断所述轮式移动机器人周围障碍物并获取所述轮式移动机器人与障碍物之间的距离。当自主智能巡航控制模块检测到前方有障碍物时，将障碍物信息发送到微处理器，微处理器接收该信息，并控制电机控制模块动作，调节所述轮式移动机器人的速度和方向，避开前方的障碍物。本实施例中，采用所述红外传感器和超声波传感器结合的方式，红外光电传感器和超声波传感器各有特点和适用范围，但是一般情况下单个传感器的信息都有一定的局限性，根据其做出判断容易产生误差，为了提高对目标的识别和评估能力，所以同时选择了这两种传感器，即通过多传感信息融合技术，把分布在不同位置的多个同类或不同类传感器所提供的局部不完整信息进行融合，消除多传感器信息之间可能存在的冗余和矛盾，加以互补，降低其不确定性，以形成对系统环境相一致的感知描述，从而提高系统决策的正确性。

所述导航定位模块与所述微处理器连接，用于给所述轮式移动机器人提供精确的定位和导航。所述导航定位模块包括GPS接收天线、GPS接收机和储存的电子地图，所述导航定位模块采用GPS与电子地图组合导航的方式实现轮式移动机器人的定位和导航。GPS接收天线接收GPS卫星传递的位置坐标信息，GPS接收机将接收到的位置坐标信息与电子地图进行匹配，在电子地图上获取精确的位置，并提供到目的地的正确导航路线。

所述电机控制模块与所述微处理器连接，用于给所述轮式移动机器人提供动力和转向。所述电机控制模块包括直流电机和电机驱动芯片，所述直流电机与所述轮式移动机器人的后车轮连接。本实施例中，所述轮式移动机器人采用三轮式，如图3所示，包括车架1、安装在所述车架1底部前半部分的前车轮2、和分别设置在所述车架1后部两侧的第一后车轮3和第二后车轮4，所述前车轮2为随动万向轮，所述第一后车轮3和所述第二后车轮4为驱动轮，所述第一后车轮3和所述第二后车轮4分别连接一个独立的直流电机进行驱动，微处理器通过控制所述电机驱动芯片驱动所述直流电机运转，所述直流电机运转带动所述第一后车轮3和所述第二后车轮4运动，所述直流电机提供相同转速时，所述第一后车轮3和所述第二后车轮4带动所述轮式移动机器人直行，所述直流电机提供不同转速时，所述第一后车轮3和所述第二后车轮4带动所述轮式移动机器人转向。

所述液晶显示模块与所述微处理器连接，用于显示所述轮式移动机器人的运动状态信息。所述液晶显示模块采用薄膜晶体管液晶显示器。薄膜晶体管液晶显示屏在显示屏的每一个像素上都设置一个薄膜晶体管，能有效克服非选通串扰，使液晶显示屏的静态特性与扫描线数无关，大大提高了图像显示的质量。

所述轮式移动机器人控制系统还包括无线通信模块，所述无线通信模块与所述微处理器连接，用于实现所述轮式移动机器人与远端服务器之间的通信。正常情况下，所述轮式移动机器人是自动控制前行路线的，在需要调试或者测验等情况下，远端服务区可以通过无线通信模块发送控制命令给所述微处理器，实现人工控制所述轮式移动机器人。

本实施例所述的基于太阳能供电的轮式移动机器人控制系统，包括微处理器，太阳能供电模块、导航定位模块、电机控制模块、自主智能巡航控制模块、液晶显示模块。其通过设置太阳能供电模块，可以将太阳能转换为电能给轮式移动机器人供电，能源利用率高、供电成本低；其通过设置红外传感器和超声波传感器构成的自主智能巡航控制模块，可以自动识别障碍物并进行避让，采用了两种传感器的结合，消除了传感器之间可能存在的冗余和矛盾，提高了系统可靠性和测量精度；其通过设置GPS与电子地图组合导航的导航定位模块，可以精确定位并结合电子地图给出正确的导航路线。本系统可以实现自动控制，结构简单、控制方便，耗能较低、可靠性高、实用性强。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (7)

1.一种基于太阳能供电的轮式移动机器人控制系统，其特征在于，包括：微处理器，太阳能供电模块、导航定位模块、电机控制模块、自主智能巡航控制模块、液晶显示模块；

所述太阳能供电模块与所述微处理器连接，包括最大功率点跟踪器、太阳能电池板、充放电控制电路、蓄电池、电源变换电路和电压检测电路，用于给轮式移动机器人供电；

所述自主智能巡航控制模块与所述微处理器连接，包括红外传感器和超声波传感器，用于判断所述轮式移动机器人周围障碍物并获取所述轮式移动机器人与障碍物之间的距离；

所述导航定位模块与所述微处理器连接，用于给所述轮式移动机器人提供精确的定位和导航；

所述电机控制模块与所述微处理器连接，用于给所述轮式移动机器人提供动力和转向；

所述液晶显示模块与所述微处理器连接，用于显示所述轮式移动机器人的运动状态信息。

2.根据权利要求1所述的基于太阳能供电的轮式移动机器人控制系统，其特征在于，所述太阳能供电模块中：

所述最大功率点跟踪器依次连接所述太阳能电池板、所述充放电控制电路、所述蓄电池、所述电源变换电路；所述电压检测电路分别与所述蓄电池、所述电源变换电路连接。

3.根据权利要求2所述的基于太阳能供电的轮式移动机器人控制系统，其特征在于：所述太阳能电池板由多个薄膜太阳能电池组成。

4.根据权利要求1所述的基于太阳能供电的轮式移动机器人控制系统，其特征在于：所述电机控制模块包括直流电机和电机驱动芯片，所述直流电机与所述轮式移动机器人的后车轮连接。

5.根据权利要求1所述的基于太阳能供电的轮式移动机器人控制系统，其特征在于：所述导航定位模块包括GPS接收天线、GPS接收机和储存的电子地图，所述导航定位模块采用GPS与电子地图组合导航的方式实现轮式移动机器人的定位和导航。

6.根据权利要求1所述的基于太阳能供电的轮式移动机器人控制系统，其特征在于：所述液晶显示模块采用薄膜晶体管液晶显示器。

7.根据权利要求1所述的基于太阳能供电的轮式移动机器人控制系统，其特征在于，还包括：无线通信模块，所述无线通信模块与所述微处理器连接，用于实现所述轮式移动机器人与远端服务器之间的通信。