CN108563230A - 一种基于激光雷达的路径规划移动机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于激光雷达的路径规划移动机器人，涉及机器人技术领域，解决问题是对上位机的保护，该移动机器人包括激光雷达、上位机、下位机、电机驱动板、电机及电源，激光雷达与上位机相连，电机驱动板与电机相连，上位机和电源相连，下位机分别和上位机、电机驱动板相连，下位机接收上位机的控制指令并通过电机驱动板对电机实行驱动，同时下位机对上位机起到保护作用。采用本发明技术方案下位机可对上位机起保护作用，同时可以扩展多个接口，控制两个以上的多个电机。
Description
技术领域
本发明涉及机器人技术领域，尤其涉及一种基于激光雷达的路径规划移动机器人，包括激光雷达、上位机、下位机、电机驱动板、电机及电源。
背景技术
随着科学技术的发展，移动机器人的应用涉及到各行各业。移动机器人是一门综合了机械、电子、计算机、自动化和人工智能的学科。自主导航是移动机器人人工智能化的关键技术，而路径规划是自主导航中的基本部分，路径规划即移动机器人在有障碍物的工作环境中运动时，要到达某一位置，能够在有障碍物的工作空间中快速寻找一条最优的路径，可以使移动机器人能够安全，无碰撞的绕过障碍物达到目标位置。
目前移动机器人在静态环境方面，可以很好的实现路径规划，在动态环境方面也能实现路径规划，如：申请号为CN201620161092.6名称为“一种基于ROS路径规划移动机器人” 的中国实用新型专利公开了一种基于ROS路径规划移动机器人，它能实现了在动态环境方面的路径规划，但该专利是直接采用主控板来控制电机且只能控制两个电机，当外部意外发生时，会造成主控板的烧坏，安全性能不稳定。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明所解决的问题是提供一种能对主控板提供安全防护的路径规划移动机器人。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是一种基于激光雷达的路径规划移动机器人，包括激光雷达、上位机、下位机、电机驱动板、电机及电源，所述激光雷达与所述上位机相连，所述电机驱动板与所述电机相连，所述上位机和所述电源相连，所述下位机分别和所述上位机、电机驱动板相连，所述下位机接收所述上位机的控制指令并通过所述电机驱动板对所述电机实行驱动，同时所述下位机对所述上位机起到保护作用。
所述下位机采用Arduino MEGA2560 R3开发板，用于接受所述上位机指令控制所述电机驱动，同时对所述上位机起保护作用，防止外部意外发生时，造成所述上位机的烧坏；
所述上位机采用树莓派3B为主要控制平台，内部运行Linux系统并安装indigo版本的ROS系统，实现移动机器人运动、路径规划和导航各功能，同时对激光雷达采集到的信息进行处理；
所述激光雷达作为获取外部环境信息的传感器，通过USB接口与所述上位机连接；
所述电机驱动板采用L298N模块，负责对电机实现驱动，具有2路H桥驱动，可同时驱动两个电机；
所述电机是由直流减速电机和双通道霍尔效应编码器组成的JGA25-371电机，测速的编码器是双通道霍尔效应编码器，它包含一个磁栅和磁敏检测电路，输出两个通道正交相位角为90度的方波。
本发明工作原理：
通过上位机的树莓派3B连接下位机的Arduino MEGA2560 R3开发板进而来控制电机，而不是直接通过上位机的树莓派3B连接电机控制运动，考虑到当外部环境发生意外时，会直接烧毁上位机的树莓派3B，进而影响整台机器人的运动，同时代价比较大，资源没有得到很好的利用。下位机的Arduino MEGA2560 R3开发板用于控制电机驱动，接收上位机的树莓派3B指令，启到一个连接上位机的树莓派3B与电机之间的桥梁，同时对上位机的树莓派3B进行保护，其中下位机的Arduino MEGA2560 R3开发板的工作流程如下：
（1）实时读取上位机的树莓派3B指令并做出对应的响应；
（2）获取串口通讯的比特率；
（3）读取机器人左右轮编码器的计数；
（4）设置机器人左右轮的速度；
（5）重置编码器的计数；
（6）更新PID参数；
（7）读取PID计算的PWM值，为后续调整PID参数提供参考，进而控制电机的速度。
采用本发明的技术方案的有益效果：
（1）上位机采用树莓派3B +下位机采用Arduino MEGA2560 R3开发板结构安全性更高，当外部发生意外时，烧坏的只是下位机Arduino MEGA2560 R3开发板, 实际上下位机Arduino MEGA2560 R3开发板起到一个保护上位机树莓派3B的作用；
（2）上位机采用树莓派3B +下位机采用Arduino MEGA2560 R3开发板结构可以扩展多个接口，当需要控制两个以上多个电机时，可以使用这种结构。
附图说明
图1为本发明结构原理示意图；
图2为下位机Arduino mega 2560 R3开发板引脚接线图；
图3为电机驱动板L298N模块的接线原理图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明，但不是对本发明的限定。
图1示出了一种基于激光雷达的路径规划移动机器人，包括激光雷达、上位机、下位机、电机驱动板、电机及电源，所述激光雷达与所述上位机相连，所述电机驱动板与所述电机相连，所述上位机和所述电源相连，所述下位机分别和所述上位机、电机驱动板相连，所述下位机接收所述上位机的控制指令并通过所述电机驱动板对所述电机实行驱动，同时所述下位机对所述上位机起到保护作用。
所述下位机采用Arduino MEGA2560 R3开发板，用于接受所述上位机指令控制所述电机驱动，同时对所述上位机起保护作用，防止外部意外发生时，造成所述上位机的烧坏；
所述上位机采用树莓派3B为主要控制平台，内部运行Linux系统并安装indigo版本的ROS系统，实现移动机器人运动、路径规划和导航各功能，同时对激光雷达采集到的信息进行处理；
所述激光雷达作为获取外部环境信息的传感器，通过USB接口与所述上位机连接；
所述电机驱动板采用L298N模块，负责对电机实现驱动，具有2路H桥驱动，可同时驱动两个电机；
所述电机是由直流减速电机和双通道霍尔效应编码器组成的JGA25-371电机，测速的编码器是双通道霍尔效应编码器，它包含一个磁栅和磁敏检测电路，输出两个通道正交相位角为90度的方波。
如图2所示为Arduino MEGA2560 R3开发板引脚接线图。把JGA25-371中编码器1的HoutA端口和HoutB端口接Arduino MEGA2560 R3开发板的pin2端口和pin3端口，编码器2的HoutA端口和HoutB端口接 Arduino MEGA2560 R3开发板的pin19端口和pin18端口，对应的中断号是4端口和5端口。
如图3所示为电机驱动板L298N模块接线原理，L298N模块的ENA端口接ArduinoMEGA2560 R3开发板的pin5端口，L298N模块的ENB端口接Arduino MEGA2560 R3开发板的pin6端口。
IN1(或A1) 端口和IN2(或A2) 端口 接Arduino MEGA2560 R3开发板的pin7端口和pin8端口，IN3(或B1) 端口和IN4(或B2) 端口 接Arduino MEGA2560 R3开发板的pin9端口和pin10端口。通过IN1端口和IN2端口控制第一电机转动方向(正转或反转), 通过ENA端口控制其转速;通过IN3端口和IN4端口控制第二电机转动方向(正转或反转), 通过ENB端口控制其转速。
采用本发明的技术方案的有益效果：
（1）上位机采用树莓派3B +下位机采用Arduino MEGA2560 R3开发板结构安全性更高，当外部发生意外时，烧坏的只是下位机Arduino MEGA2560 R3开发板, 实际上下位机Arduino MEGA2560 R3开发板起到一个保护上位机树莓派3B的作用；
（2）上位机采用树莓派3B +下位机采用Arduino MEGA2560 R3开发板结构可以扩展多个接口，当需要控制两个以上多个电机时，可以使用这种结构。
以上结合附图对本发明的实施方式做出了详细说明，但本发明不局限于所描述的实施方式。对于本领域技术人员而言，在不脱离本发明的原理和精神的情况下，对这些实施方式进行各种变化、修改、替换和变型仍落入本发明的保护范围内。
Claims (6)
1.一种基于激光雷达的路径规划移动机器人，包括激光雷达、上位机、电机驱动板、电机及电源，所述激光雷达与所述上位机相连，所述电机驱动板与所述电机相连，所述上位机和所述电源相连，其特征在于：还包括下位机，所述下位机分别和所述上位机、电机驱动板相连，所述下位机接收所述上位机的控制指令并通过所述电机驱动板对所述电机实行驱动，同时所述下位机对所述上位机起到保护作用。
2.根据权利要求1所述的基于激光雷达的路径规划移动机器人，其特征在于：所述下位机采用Arduino MEGA2560 R3开发板。
3.根据权利要求1或2所述的基于激光雷达的路径规划移动机器人，其特征在于：所述上位机采用树莓派3B为主要控制平台，内部运行Linux系统并安装indigo版本的ROS系统。
4.根据权利要求1或2所述的基于激光雷达的路径规划移动机器人，其特征在于：所述激光雷达通过USB接口与所述上位机连接。
5.根据权利要求1或2所述的基于激光雷达的路径规划移动机器人，其特征在于：所述电机驱动板采用L298N模块，具有2路H桥驱动。
6.根据权利要求1或2所述的基于激光雷达的路径规划移动机器人，其特征在于：所述电机是由直流减速电机和双通道霍尔效应编码器组成的JGA25-371电机。
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