CN106994688A - 一种球上自平衡机器人控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种球上自平衡机器人控制系统，包括三个电机驱动模块，每个所述电机驱动模块分别与微处理器连接，每个所述电机驱动模块还分别连接至电源模块，所述电源模块还连接稳压模块的输入端，所述稳压模块的输出端连接微处理器；该控制系统还包括测速编码器，所述测速编码器连接至鉴相倍频模块一端，所述鉴相倍频模块另一端连接至微处理器；该控制系统还包括与所述微处理器连接的姿态传感器。本发明的有益效果是：微处理器将控制信号分别发送给三个电机驱动模块，对应地分别驱动三个步进电机，从而实现在狭小空间和距离内能全方位灵活移动。
Description
技术领域
本发明涉及一种可以控制机器人在狭窄空间内灵活移动的球上自平衡机器人控制系统。
背景技术
随着对球上机器人的进一步研究，科研人员发现现有球上机器人仍难以适应恶劣的环境且机器人的外部易受撞击破损。韩国大学的Jayoung Kim对机器人做了进一步的改造，将机器人外壳用弹性材质替换，新材质的球上机器人可以更好的应对撞击并提供一定的稳定性。
随着许多高危任务的出现，在美国科研人员Asada的努力下设计出运用于检查核反应堆的机器人。该机器人的设计原理继承了原有球上机器人设计的理念，但整体模型偏小，体型优势可以让机器人行走在各种狭小的空间中。新型球上机器人的外部材质得到了进一步的升级，具有抵抗核辐射的能力，不需担心机器人在执行任务中收到损坏。在机器人的内部安装了前一代球上机器人的摄像头，赋予了机器人传输影像反馈检测任务的能力。新型球上机器人这一功能可以准确的传输影像，对于一些细微的环节可以分析出问题，确保任务的成功概率。
随着电子信息技术的进步和制造水平的提高，我国一些机器人研究人员也逐渐把目光投向了新型球上机器人的研究当中，在前人取得的各项研究成果的基础上进行着默默探索。
目前，各种探测对球上机器人的需求越来越高，为了更好的应对各种恶劣环境下机器人的作业水平，北京航空大学号制造出可以进行指令传输的多功能球上机器人。该球上机器人带有摄像装置，可以从后台观察实时摄像，另外球上机器人有稳定装置，在遇到崎岖不平的地形仍然可以平稳运行。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种可以控制机器人在狭窄空间内灵活移动的球上自平衡机器人控制系统。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种球上自平衡机器人控制系统，包括三个电机驱动模块，每个所述电机驱动模块分别与微处理器连接，每个所述电机驱动模块还分别连接至电源模块，所述电源模块还连接稳压模块的输入端，所述稳压模块的输出端连接微处理器；
该控制系统还包括测速编码器，所述测速编码器连接至鉴相倍频模块一端，所述鉴相倍频模块另一端连接至微处理器；
该控制系统还包括与所述微处理器连接的姿态传感器。
本发明的有益效果是：微处理器将控制信号分别发送给三个电机驱动模块，对应地分别驱动三个步进电机，从而实现在狭小空间和距离内能全方位灵活移动。在电源模块与微处理器之间加入稳压模块，使得微处理器输入电压更稳定。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步，该控制系统还包括串口调试接口，所述串口调试接口一端与所述微处理器连接，所述串口调试接口另一端连接至无线通讯模块。
具体的，所述无线通讯模块是蓝牙模块。
采用上述进一步方案的有益效果是，通过串口调试接口和无线通讯模块可以方便调试以及实时了解车体的姿态和运动信息，具体的可以通过蓝牙串口模块将小车的数据传回至电脑上位机进行观察分析。
进一步，还包与所述微处理器连接的括波形显示器。
具体的，所述波形显示器是OLED液晶显示屏。
采用上述进一步方案的有益效果是，采用波形显示器可以实时显示小车角度、速度等信息。具体的，OLED液晶显示屏具有刷屏快、功耗小等特点，在调试过程中起到非常重要的作用。
进一步，所述电源模块是航模锂电池。
采用上述进一步方案的有益效果是，锂电池的体积小、重量轻、电池电压高，很容易在车体上找到合适的位置安装。
进一步，三个所述电机驱动模块均为H桥驱动模块。
采用上述进一步方案的有益效果是，使用IR2104驱动MOS管IRF3205的H桥的电路，每个电机需要2片IR2104和4片IRF3205，因此该驱动模块具有电路简单、驱动电流大、价格便宜的优点。
进一步，所述姿态传感器是MPU6050姿态传感器。
采用上述进一步方案的有益效果是，InvenSense公司的MPU6050传感器是融合了三轴加速度传感器和三轴陀螺仪传感器的六轴姿态传感器。MPU6050的陀螺仪和加速度计具有较高的灵敏度和分辨率，虽然该传感器的寄存器为8位，每次读取数据需要两个读写周期，但是其采样频率比较高，可以满足机器人姿态采样的要求。
进一步，所述微处理器是MK60FX512VLQ15处理器。
采用上述进一步方案的有益效果是，恩智浦公司的32位微处理器MK60FX512VLQ15的调速频率在157.8Hz，为了留下一定的裕量，本文设定系统的调速周期在2ms以下。此芯片基于ARM Cortex-M4内核架构，主频高达235MHz，同时芯片自带硬件单精度浮点运算，可以保证姿态解算过程的高速高效率。芯片提供的I2C接口、SPI接口、USART接口、脉冲捕捉接口、PWM输出接口等能很方便实现控制器对姿态传感器数据采集、OLED显示屏、串口调试、速度采集、驱动电机等功能。
附图说明
图1为本发明实施例1的结构示意图；
图2为本发明实施例2的结构示意图。
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
1、微处理器，11、MK60FX512VLQ15处理器，2、电机驱动模块，21、H桥驱动模块，3、电源模块，31、航模锂电池，4、测速编码器，5、鉴相倍频模块，6、姿态传感器，61、MPU6050姿态传感器，7、串口调试接口，8、无线通讯模块，81、蓝牙模块，9、电源稳压模块，10、波形显示器，101、OLED液晶显示屏。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
实施例1
如图1所示，一种球上自平衡机器人控制系统，其特征在于，包括三个电机驱动模块2，每个所述电机驱动模块2分别与微处理器1连接，每个所述电机驱动模块2还分别连接至电源模块3，所述电源模块3还连接稳压模块9的输入端，所述稳压模块9的输出端连接微处理器1；
该控制系统还包括测速编码器4，所述测速编码器4连接至鉴相倍频模块5一端，所述鉴相倍频模块5另一端连接至微处理器1；
该控制系统还包括与所述微处理器1连接的姿态传感器6。
还包括串口调试接口7，所述串口调试接口7一端与所述微处理器1连接，所述串口调试接口7另一端连接至无线通讯模块8。
微处理器将控制信号分别发送给三个电机驱动模块，对应地分别驱动三个步进电机，从而实现在狭小空间和距离内能全方位灵活移动。在电源模块与微处理器之间加入稳压模块，使得微处理器输入电压更稳定。
实施例2
如图2所示，所述无线通讯模块8是蓝牙模块81。
通过串口调试接口和无线通讯模块可以方便调试以及实时了解车体的姿态和运动信息，具体的可以通过蓝牙串口模块将小车的数据传回至电脑上位机进行观察分析。
还包与所述微处理器1连接的括波形显示器10。
所述波形显示器10是OLED液晶显示屏101。
采用波形显示器可以实时显示小车角度、速度等信息。具体的，OLED液晶显示屏具有刷屏快、功耗小等特点，在调试过程中起到非常重要的作用。
所述电源模块3是航模锂电池31。
锂电池的体积小、重量轻、电池电压高，很容易在车体上找到合适的位置安装。
三个所述电机驱动模块2均为H桥驱动模块21。
使用IR2104驱动MOS管IRF3205的H桥的电路，每个电机需要2片IR2104和4片IRF3205，因此该驱动模块具有电路简单、驱动电流大、价格便宜的优点。
所述姿态传感器6是MPU6050姿态传感器61。
InvenSense公司的MPU6050传感器是融合了三轴加速度传感器和三轴陀螺仪传感器的六轴姿态传感器。MPU6050的陀螺仪和加速度计具有较高的灵敏度和分辨率，虽然该传感器的寄存器为8位，每次读取数据需要两个读写周期，但是其采样频率比较高，可以满足机器人姿态采样的要求。
所述微处理器1是MK60FX512VLQ15处理器11。
恩智浦公司的32位微处理器MK60FX512VLQ15的调速频率在157.8Hz，为了留下一定的裕量，本文设定系统的调速周期在2ms以下。此芯片基于ARM Cortex-M4内核架构，主频高达235MHz，同时芯片自带硬件单精度浮点运算，可以保证姿态解算过程的高速高效率。芯片提供的I2C接口、SPI接口、USART接口、脉冲捕捉接口、PWM输出接口等能很方便实现控制器对姿态传感器数据采集、OLED显示屏、串口调试、速度采集、驱动电机等功能。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种球上自平衡机器人控制系统，其特征在于，包括三个电机驱动模块(2)，每个所述电机驱动模块(2)分别与微处理器(1)连接，每个所述电机驱动模块(2)还分别连接至电源模块(3)，所述电源模块(3)还连接稳压模块(9)的输入端，所述稳压模块(9)的输出端连接微处理器(1)；
该控制系统还包括测速编码器(4)，所述测速编码器(4)连接至鉴相倍频模块(5)一端，所述鉴相倍频模块(5)另一端连接至微处理器(1)；
该控制系统还包括与所述微处理器(1)连接的姿态传感器(6)。
2.根据权利要求1所述一种球上自平衡机器人控制系统，其特征在于，还包括串口调试接口(7)，所述串口调试接口(7)一端与所述微处理器(1)连接，所述串口调试接口(7)另一端连接至无线通讯模块(8)。
3.根据权利要求2所述一种球上自平衡机器人控制系统，其特征在于，所述无线通讯模块(8)是蓝牙模块(81)。
4.根据权利要求1所述一种球上自平衡机器人控制系统，其特征在于，还包与所述微处理器(1)连接的括波形显示器(10)。
5.根据权利要求4所述一种球上自平衡机器人控制系统，其特征在于，所述波形显示器(10)是OLED液晶显示屏(101)。
6.根据权利要求1-5任一项所述一种球上自平衡机器人控制系统，其特征在于，所述电源模块(3)是航模锂电池(31)。
7.根据权利要求1-5任一项所述一种球上自平衡机器人控制系统，其特征在于，三个所述电机驱动模块(2)均为H桥驱动模块(21)。
8.根据权利要求1-5任一项所述一种球上自平衡机器人控制系统，其特征在于，所述姿态传感器(6)是MPU6050姿态传感器(61)。
9.根据权利要求1-5任一项所述一种球上自平衡机器人控制系统，其特征在于，所述微处理器(1)是MK60FX512VLQ15处理器(11)。
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| CN201710322585.2A CN106994688A (zh) | 2017-05-09 | 2017-05-09 | 一种球上自平衡机器人控制系统 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201710322585.2A CN106994688A (zh) | 2017-05-09 | 2017-05-09 | 一种球上自平衡机器人控制系统 |
Publications (1)
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| CN106994688A true CN106994688A (zh) | 2017-08-01 |
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Family Applications (1)
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| CN201710322585.2A Pending CN106994688A (zh) | 2017-05-09 | 2017-05-09 | 一种球上自平衡机器人控制系统 |
Country Status (1)
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|---|---|
| CN (1) | CN106994688A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108230869A (zh) * | 2018-03-19 | 2018-06-29 | 重庆鲁班机器人技术研究院有限公司 | 教学机器人及教学机器系统 |
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2017
- 2017-05-09 CN CN201710322585.2A patent/CN106994688A/zh active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108230869A (zh) * | 2018-03-19 | 2018-06-29 | 重庆鲁班机器人技术研究院有限公司 | 教学机器人及教学机器系统 |
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Legal Events
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