CN107953332A - 一种防暴机器人的驱动控制面板 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种防暴机器人的驱动控制面板，涉及驱动的技术领域，该防暴机器人的驱动控制面板包括：数据处理单元，所述数据处理单元用于基于获取到的操控指令，生成与所述指令对应的驱动信号；脉冲发生单元，连接所述数据处理单元，用于基于所述数据处理单元输出的驱动信号生成驱动脉冲；伺服驱动单元，连接所述脉冲发生单元，用于基于所述驱动脉冲驱动伺服电机，从而驱动所述防暴机器人。以解决现有技术中存在的防暴机器人操作难度的技术问题。

Description

一种防暴机器人的驱动控制面板

技术领域

本发明涉及驱动技术领域，尤其是涉及一种防暴机器人的驱动控制面板。

背景技术

防暴机器人是遥控移动式作业机器人系统产品中的一种，专门为公安部门设计制造的具有抓取、销毁爆炸物等功能的机器人产品。近年来在反恐、防爆中起到了重要的作用。

但是目前，防暴机器人的操控较为分散、复杂，使得防暴机器人的操作不便利，无法适应多用场地、情况的需求。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种防暴机器人的驱动控制面板，以解决现有技术中存在的防暴机器人操作难的技术问题。

本发明实施例提供了一种防暴机器人的驱动控制面板，该驱动控制面板包括：

数据处理单元，所述数据处理单元用于基于获取到的操控指令，生成与所述指令对应的驱动信号；

脉冲发生单元，连接所述数据处理单元，用于基于所述数据处理单元输出的驱动信号生成驱动脉冲；

伺服驱动单元，连接所述脉冲发生单元，用于基于所述驱动脉冲驱动伺服电机，从而驱动所述防暴机器人。

优选的，所述操控指令包括所述防暴机器人的目标移动速度。

优选的，所述数据处理单元具体用于：

基于所述目标移动速度与所述驱动脉冲的数量的对应关系，生成包含周期驱动脉冲数的驱动信号，所述周期驱动脉冲数等于所述脉冲发生单元在一个周期内发出的驱动脉冲数。

优选的，该驱动控制面板还包括：

脉冲采集单元，所述脉冲采集单元连接所述伺服驱动单元，用于周期性采集所述伺服电机在所述伺服驱动单元的作用下所产生的驱动脉冲，作为反馈驱动脉冲；

脉冲反馈单元，位于所述脉冲采集单元和所述数据处理单元之间，用于向所述数据处理单元传递所述脉冲采集单元采集到的所述反馈驱动脉冲。

优选的，所述数据处理单元还用于比较所述周期驱动脉冲数和所述反馈驱动脉冲的数量，并进行调整，使得所述反馈驱动脉冲的数量与所述周期驱动脉冲数相等。

优选的，所述数据处理单元具体采用下述方式进行调整：在所述周期驱动脉冲数比所述反馈驱动脉冲的数量多的情况下，向所述脉冲发生单元输出包含对应脉冲数差额的驱动信号，使得脉冲发生单元输出对应脉冲数差额个数的驱动脉冲，输出完毕后继续计算下一周期。

优选的，所述数据处理单元具体采用下述方式进行调整：在所述周期驱动脉冲数比所述反馈驱动脉冲的数量少的情况下，通过驱动信号控制所述脉冲发生单元暂停发送脉冲或每隔数个脉冲暂停发送一次驱动脉冲，直至驱动脉冲数与所述反馈驱动脉冲的数量一致。

优选的，该驱动控制面板还包括：位置反馈单元，所述位置反馈单元位于所述防暴机器人上，和所述数据处理单元连接，用于向所述数据处理单元反馈所述防暴机器人所处的位置。

优选的，所述位置反馈单元通过控制器局域网络连接所述数据处理单元。

优选的，所述位置反馈单元为磁导航传感器。

综上，本发明提供了一种防暴机器人的驱动控制面板，该驱动控制面板包括数据处理单元、脉冲发生单元和伺服驱动单元等结构。其中，数据处理单元用于基于获取到的操控指令，生成与所述指令对应的驱动信号；脉冲发生单元，连接数据处理单元，用于基于数据处理单元输出的驱动信号生成驱动脉冲；伺服驱动单元，连接脉冲发生单元，用于基于驱动脉冲驱动伺服电机，从而驱动所述防暴机器人。操作简便，集成度较高，有利于降低防暴机器人的使用成本，提高防暴机器人的适用范围。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚的说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要的附图做简单的介绍：

图1为本发明实施例提供的防暴机器人的驱动控制面板的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

目前市场上没有专门的防暴机器人的驱动控制面板，对防暴机器人的操作不便利，影响防暴机器人的适用范围，无法进行进一步的推广应用。基于此，本发明实施例提供的一种防暴机器人的驱动控制面板，可以提高驱动防暴机器人的便利程度。

为便于对本实施例进行理解，对本发明实施例所公开的一种防暴机器人的驱动控制面板进行详细介绍，如图1由上至下所示，该防暴机器人的驱动控制面板包括：

接收单元，该接收单元连接上位机或者手持终端，可通过有线连接或者无线连接进行连接，接收来自上位机或手持终端的操控指令。若使用无线连接，可考虑采用无线433兆赫兹进行数据通信。433兆赫兹是我们国家的免申请段发射接收频率，可直接使用。一般来说，该接收单元的工作频率为315兆，采用声表谐振器稳频，频率稳定度极高，当环境温度在-25～+85度之间变化时，频飘仅为3ppm/度。

因此，本发明所选用的433兆赫兹很适合工业用途，且具有成本低、易实现等优点。

接收单元连接数据处理单元，将所接收到的操控指令发送给数据处理单元。接着，数据处理单元基于获取到的操控指令，生成与指令对应的驱动信号，以驱动防暴机器人。

具体的，该驱动信号内携带着用于驱动防暴机器人的目标移动速度。意思是，操作人员在通过上位机或手持终端对防暴机器人进行时，需要输入防暴机器人的运行速度，或者可在上位机或手持终端内预存防暴机器人工作时的较为理想的运行速度。换句话说，本发明所提供的驱动控制面板不仅可以实现防暴机器人的动静控制，还可根据实际工程、场景等的需求，来调整防暴机器人的速度，使得防暴机器人适用范围更广。

在本发明实施例中，数据处理单元可以是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。本发明实施例中的数据处理单元也可以是一种通用处理器，包括中央处理器(CentralProcessing Unit，简称CPU)、网络处理器(Network Processor，简称NP)等；还可以是一种数字信号处理器(Digital Signal Processing，简称DSP)、一种专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，简称ASIC)、一种现成可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，简称FPGA)或者其他类型的可编程逻辑器件、分立门或者一种能处理信号的晶体管逻辑器件、分立硬件组件等等，在此不再枚举。

由于一个防暴机器人的轮子的直径大小、驱动防暴机器人使用的驱动器转速、连接驱动器的减速机的减速比等与实际结构有关的数据是确定的，因此一旦数据处理单元获得防暴机器人所需的目标移动速度，即可基于目标移动速度与驱动脉冲的数量的对应关系，生成包含周期驱动脉冲数的驱动信号，进而通过驱动信号驱动防暴机器人。

具体的，防暴机器人的轮子的旋转频率与周期驱动脉冲数以及减速比成正比，与防暴机器人的轮子的周长成反比。而防暴机器人的轮子的周长与轮子的旋转频率结合即可确定出防暴机器人的速度。因此，可基于目标移动速度与驱动脉冲的数量的对应关系，来确定周期驱动脉冲数，以此通过周期来控制防暴机器人的速度，实现有效控制。

显然，周期驱动脉冲数等于脉冲发生单元，在一个周期内所发出的驱动脉冲数。

因此，本发明实施例还包括脉冲发生单元，该脉冲发生单元连接数据处理单元，用于基于数据处理单元输出的驱动信号生成驱动脉冲。该脉冲发生单元与数据处理单元的相互配合可通过多种方式实现，例如，该脉冲发生单元连接数据处理单元的定时器，基于周期驱动脉冲数输出0到200千赫兹的方波，之后可通过差分驱动处理将方波转换为差分脉冲输出。显然，这样的配合方式仅是一个示例，凡是能够使得数据处理单元和脉冲发生单元相互配合、相互连接的方式都适用于本发明实施例，在此不再赘述。

本发明实施例中，驱动脉冲可选为高电平为5伏的差分脉冲，这样的差分脉冲使用广泛、易于获得。

需要说明的是，在这里示出和描述的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制，因此，示例性实施例的其他示例可以具有不同的值。

驱动脉冲输出后，进入伺服驱动单元。该伺服驱动单元连接脉冲发生单元，用于基于驱动脉冲驱动伺服电机，从而驱动防暴机器人，使得防暴机器人按照指定的目标移动速度前进。

具体的，伺服电机(Servo Motor)是指在伺服系统中控制机械元件运转的发动机，是一种补助马达间接变速装置。伺服电机可使控制速度，位置精度非常准确，可以将电压信号转化为转矩和转速以驱动控制对象。伺服电机转子转速受输入信号控制，并能快速反应，在自动控制系统中，用作执行元件，且具有机电时间常数小、线性度高、始动电压等特性，可把所收到的电信号转换成电动机轴上的角位移或角速度输出。伺服电机主要分为直流和交流伺服电动机两大类，其主要特点是，当信号电压为零时无自转现象，转速随着转矩的增加而匀速下降，逐渐归零。

直流伺服电机分为有刷和无刷电机。有刷电机成本低，结构简单，启动转矩大，调速范围宽，控制容易，需要维护，但维护不方便(换碳刷)，产生电磁干扰，对环境有要求。因此它可以用于对成本敏感的普通工业和民用场合。

无刷电机体积小，重量轻，出力大，响应快，速度高，惯量小，转动平滑，力矩稳定。控制复杂，容易实现智能化，其电子换相方式灵活，可以方波换相或正弦波换相。电机免维护，效率很高，运行温度低，电磁辐射很小，长寿命，可用于各种环境。

交流伺服电机也是无刷电机，分为同步和异步电机，目前运动控制中一般都用同步电机，它的功率范围大，可以做到很大的功率。大惯量，最高转动速度低，且随着功率增大而快速降低。因而适合做低速平稳运行的应用。

伺服电机内部的转子是永磁铁，驱动器控制的U/V/W三相电形成电磁场，转子在此磁场的作用下转动，同时电机自带的编码器反馈信号给驱动器，驱动器根据反馈值与目标值进行比较，调整转子转动的角度。伺服电机的精度决定于编码器的精度(线数)。交流伺服电机和无刷直流伺服电机在功能上的区别：交流伺服要好一些，因为是正弦波控制，转矩脉动小。直流伺服是梯形波。但直流伺服比较简单，便宜。

进一步的，本发明实施例中的驱动控制面板还具有速度反馈的功能。因为，若是在没有速度反馈的条件下，一直输出脉冲驱动防暴机器人前进，防暴机器人的前进速度就很容易失控，无法满足使用需求，并且容易影响防暴机器人的使用寿命。

因此，如图1所示，为了实现本发明实施例的驱动控制面板的速度反馈的功能，该驱动控制面板还包括：

脉冲采集单元，该脉冲采集单元连接伺服驱动单元，用于采集伺服驱动单元驱动伺服电机产生的驱动脉冲，作为反馈驱动脉冲。

采集上来反馈驱动脉冲后，需要通过脉冲反馈单元反馈给数据处理单元进行处理。该脉冲反馈单元位于脉冲采集单元和数据处理单元之间，用于向数据处理单元传递脉冲采集单元采集到的反馈驱动脉冲。

伺服主要靠脉冲来定位。基本上可以这样理解，伺服电机接收到1个脉冲，就会旋转1个脉冲对应的角度，从而实现位移，因为，伺服电机本身具备发出脉冲的功能，所以伺服电机每旋转一个角度，都会发出对应数量的脉冲，这样，和伺服电机接受的脉冲形成了呼应，或者叫闭环。如此一来，经过脉冲采集单元的采集和脉冲反馈单元的反馈，数据处理单元就会知道发了多少脉冲给伺服电机，同时又收了多少脉冲回来，这样，就能够很精确地控制伺服电机的转动，从而实现精确的定位，可以达到0.001毫米。因此，可实现对防暴机器人的目标移动速度的精确驱动。

接下来，数据处理单元获取到反馈驱动脉冲后，可周期性地比较驱动脉冲数和反馈驱动脉冲的数量，并进行调整，使得驱动脉冲数与反馈驱动脉冲的数量一致。

在实际操作中，驱动脉冲数与反馈驱动脉冲的数量不一致，具体可包括两种情况：第一种是驱动脉冲数比反馈驱动脉冲的数量多，需要增加驱动脉冲数；另一种则是驱动脉冲数比反馈驱动脉冲的数量少，需要减少驱动脉冲数。以保障驱动脉冲数能够与所反馈的反馈驱动脉冲的数量一致。针对这两种不同的情况，可分别进行的处理如下：

若驱动脉冲数比反馈驱动脉冲的数量多，数据处理单元可以具体采用下述方式进行调整：向脉冲发生单元输出包含对应脉冲数差额的驱动信号，使得脉冲发生单元输出对应脉冲数差额个数的驱动脉冲，输出完毕后继续计算下一周期。而若驱动脉冲数比反馈驱动脉冲的数量少，数据处理单元具体采用下述方式进行调整：通过驱动信号控制脉冲发生单元暂停发送脉冲或每隔数个脉冲暂停发送一次驱动脉冲，直至驱动脉冲数与反馈驱动脉冲的数量一致。使得有差别的驱动脉冲数和反馈驱动脉冲的数量逐渐趋向相等，从而可以对防暴机器人的目标移动速度进行有效的、精确的控制，使得防暴机器人可针对不同适应需求的场景均能有效工作。

为了更好地操控、驱动防暴机器人，需要及时了解防暴机器人的位置。因此，本发明实施例中的驱动控制面板还可包括位置反馈单元。该位置反馈单元连接防暴机器人和数据处理单元，用于向数据处理单元反馈防暴机器人所处的位置，便于数据处理单元及时控制防暴机器人。

对于防暴机器人而言，大致有以下三种导航方式：第一种为电磁感应式：也就是最常见的磁条导航，通过在地面黏贴磁性胶带，防暴机器人通过位于其车底的磁导航传感器来调整防暴机器人的行驶方向，使得该防暴机器人始终位于磁性胶带上较中心的部位。第二种为激光感应式：通过激光扫描器识别设置在其活动范围内的若干个定位标志来确定其坐标位置，从而引导防暴机器人运行。第三种为无线射频识别(Radio FrequencyIdentification，简称RFID)感应式技术，又称RFID感应式，具体为通过放置RFID标签，通过可识别RFID标签的读取装备自动检测坐标位置，实现防暴机器人的自动运行，站点定义通过芯片标签任意定义，即使最复杂的站点设置也能轻松完成。

由于磁条引导的方式是常用也是成本最低的方式，本发明实施例优选该方式对防暴机器人进行导航。则，本发明实施例中的位置反馈单元可选为磁导航传感器。在应用磁条导航的自动道路系统中，车道中心线上埋置等间距的磁道钉作为防暴机器人导航的信号源，通过防暴机器人上载的磁导航传感器检测磁信号的大小来判断防暴机器人是否偏离车道中心线并以此来进行下一步的防暴机器人的自动控制。防暴机器人自动控制的目标是始终要将此偏移即横向偏差控制在一定的范围之内。

在本发明实施例中，作为位置反馈单元的磁导航传感器可通过控制器局域网络(Controller Area Network，简称CAN)连接数据处理单元。CAN属于现场总线的范畴，它是一种有效支持分布式控制或实时控制的串行通信网络。

CAN的高性能和可靠性已被认同，并被广泛地应用于工业自动化、船舶、医疗设备、工业设备等方面。现场总线是当今自动化领域技术发展的热点之一，被誉为自动化领域的计算机局域网。它的出现为分布式控制系统实现各节点之间实时、可靠的数据通信提供了强有力的技术支持。

CAN属于现场总线的范畴，它是一种有效支持分布式控制或实时控制的串行通信网络。较之许多RS-485基于R线构建的分布式控制系统而言，基于CAN总线的分布式控制系统在以下方面具有明显的优越性：网络各节点之间的数据通信实时性强；开发周期短；已形成国际标准的现场总线；最有前途的现场总线之一等。

为了驱动该驱动控制面板工作，该驱动控制面板上还需要电源提供单元，该电源提供单元外接电源，将外接电源的电压转换为驱动控制面板所需的电压，并向数据处理单元输出所需的电压。

另外，本发明实施例中的驱动控制面板上还可设置有输出单元，该输出单元输出24伏的直流电压，可提供一些外接入的模块的使用。

综上所述，本发明实施例提供了一种防暴机器人的驱动控制面板，该驱动控制面板包括数据处理单元、脉冲发生单元和伺服驱动单元等结构。其中，数据处理单元用于基于获取到的操控指令，生成与所述指令对应的驱动信号；脉冲发生单元，连接数据处理单元，用于基于数据处理单元输出的驱动信号生成驱动脉冲；伺服驱动单元，连接脉冲发生单元，用于基于驱动脉冲驱动伺服电机，从而驱动所述防暴机器人。操作简便，集成度较高，有利于降低防暴机器人的使用成本，提高防暴机器人的适用范围。

需要说明的是，除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件、数字表达式和数值并不限制本发明的范围。

附图中的框图显示了根据本发明的驱动控制面板的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图中的每个方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

另外，在本发明实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”所指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

本发明实施例所提供的防暴机器人的驱动控制面板，包括存储了处理器可执行的非易失的程序代码的计算机可读存储介质，该程序代码包括的指令可用于执行前面方法实施例中所述的方案，在此不再赘述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的驱动控制面板可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，又例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。

最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种防暴机器人的驱动控制面板，其特征在于，包括：

数据处理单元，所述数据处理单元用于基于获取到的操控指令，生成与所述指令对应的驱动信号；

脉冲发生单元，连接所述数据处理单元，用于基于所述数据处理单元输出的驱动信号生成驱动脉冲；

伺服驱动单元，连接所述脉冲发生单元，用于基于所述驱动脉冲驱动伺服电机，从而驱动所述防暴机器人。

2.根据权利要求1所述的驱动控制面板，其特征在于，所述操控指令包括所述防暴机器人的目标移动速度。

3.根据权利要求2所述的驱动控制面板，其特征在于，所述数据处理单元具体用于：

基于所述目标移动速度与所述驱动脉冲的数量的对应关系，生成包含周期驱动脉冲数的驱动信号，所述周期驱动脉冲数等于所述脉冲发生单元在一个周期内发出的驱动脉冲数。

4.根据权利要求1所述的驱动控制面板，其特征在于，还包括：

脉冲采集单元，所述脉冲采集单元连接所述伺服驱动单元，用于周期性采集所述伺服电机在所述伺服驱动单元的作用下所产生的驱动脉冲，作为反馈驱动脉冲；

脉冲反馈单元，位于所述脉冲采集单元和所述数据处理单元之间，用于向所述数据处理单元传递所述脉冲采集单元采集到的所述反馈驱动脉冲。

5.根据权利要求4所述的驱动控制面板，其特征在于，所述数据处理单元还用于比较所述周期驱动脉冲数和所述反馈驱动脉冲的数量，并进行调整，使得所述反馈驱动脉冲的数量与所述周期驱动脉冲数相等。

6.根据权利要求5所述的驱动控制面板，其特征在于，所述数据处理单元具体采用下述方式进行调整：在所述周期驱动脉冲数比所述反馈驱动脉冲的数量多的情况下，向所述脉冲发生单元输出包含对应脉冲数差额的驱动信号，使得脉冲发生单元输出对应脉冲数差额个数的驱动脉冲，输出完毕后继续计算下一周期。

7.根据权利要求5所述的驱动控制面板，其特征在于，所述数据处理单元具体采用下述方式进行调整：在所述周期驱动脉冲数比所述反馈驱动脉冲的数量少的情况下，通过驱动信号控制所述脉冲发生单元暂停发送脉冲或每隔数个脉冲暂停发送一次驱动脉冲，直至驱动脉冲数与所述反馈驱动脉冲的数量一致。

8.根据权利要求1所述的驱动控制面板，其特征在于，还包括：位置反馈单元，所述位置反馈单元位于所述防暴机器人上，和所述数据处理单元连接，用于向所述数据处理单元反馈所述防暴机器人所处的位置。

9.根据权利要求8所述的驱动控制面板，其特征在于，所述位置反馈单元通过控制器局域网络连接所述数据处理单元。

10.根据权利要求9所述的驱动控制面板，其特征在于，所述位置反馈单元为磁导航传感器。