CN109701284B - 一种格斗机器人安全功率限制及解锁系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种安全功率限制系统，更具体的说是一种格斗机器人安全功率限制及解锁系统，包括红外信号发射器、遥控接收机、功率限制器和机器人工作电机，可以利用红外线具有一定的定向性，机器人只有在进入战斗舱时，才能接收到红外信号发射器发出的红外信号；在没有接收到信号前，功率限制器将对遥控器接收机的信号控制在一定范围内，使格斗机器人只能在有限功率下运行；机器人接收到红外信号发射器的红外信号启动，功率限制器持续三分钟不对遥控接收机的信号进行限制，从而使格斗机器人能满功率运行三分钟；三分钟后功率限制器再次对遥控器接收机的信号进行控制，保持其低功率运行。

Description

一种格斗机器人安全功率限制及解锁系统

技术领域

本发明涉及一种安全功率限制系统，更具体的说是一种格斗机器人安全功率限制及解锁系统。

背景技术

传统的格斗机器人因为功率较大，破坏力强，因此需要确保其只有在进入战斗舱内时才能正常满功率运行，而在舱外时，限制其功率而方便与安全调试与维护；目前并没有用于格斗机器人功率限制的发明，而常见的功率限制器使用保险丝或者模拟电路，无法做到根据场地条件，进行限制功率与满功率这两种状态的切换。

发明内容

本发明的目的是提供一种格斗机器人安全功率限制及解锁系统，可以根据场地条件完成限制功率与满功率及武器锁定和整机完全锁定这四种状态的切换，以满足不同的对抗或调试情况下对机器人的需求。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

一种格斗机器人安全功率限制及解锁系统，包括红外信号发射器、遥控接收机、功率限制器和机器人工作电机，所述功率限制器包括红外接收器、微控制器和外部电源，红外接收器和微控制器信号连接，外部电源为微控制器供电，红外信号发射器设置在格斗机器人战斗舱内，红外信号发射器和红外接收器红外通信，遥控接收机和微控制器信号连接，微控制器对机器人工作电机的控制信号进行限幅。

作为本技术方案的进一步优化，本发明一种格斗机器人安全功率限制及解锁系统，所述微控制器为STM32单片机，STM32单片机通过四路输入脉冲捕获获取遥控器接收机输出的信号，STM32单片机通过一路输入脉冲捕获获取红外接收器的信号。

作为本技术方案的进一步优化，本发明一种格斗机器人安全功率限制及解锁系统，所述机器人工作电机包括两个运动电机和一个武器电机，两个运动电机和一个武器电机上均设置有电机驱动器，STM32单片机通过四路PWM信号和两个运动电机上的电机驱动器连接，STM32单片机通过四路PWM信号和一个武器电机上的电机驱动器连接。

作为本技术方案的进一步优化，本发明一种格斗机器人安全功率限制及解锁系统，所述STM32单片机开启TIM3时钟，配置引脚为复用输出，设置ARR和PSC两个寄存器，设置通道的PWM信号模式及通道方向，得到定时器3的四路PWM信号输出。

作为本技术方案的进一步优化，本发明一种格斗机器人安全功率限制及解锁系统，所述红外信号发射器包括STM32控制器等元件所组成的最小系统、调试电路、红外线发射管和指示灯电路，调试电路和STM32控制器等元件所组成的最小系统连接，STM32控制器等元件所组成的最小系统和红外线发射管连接，红外线发射管和指示灯电路连接。

作为本技术方案的进一步优化，本发明一种格斗机器人安全功率限制及解锁系统，所述格斗机器人安全功率限制及解锁系统还包括遥控器，遥控器采用PPM脉位调制，调制信号控制脉冲序列中各脉冲的相对位置，各脉冲的相对位置随调制信号变化，遥控接收机将PPM信号解调为对应通道的PWM信号。

作为本技术方案的进一步优化，本发明一种格斗机器人安全功率限制及解锁系统，所述PPM信号每帧数据总长度为固定20ms，低电平脉宽始终在固定0.5ms通道脉冲高电平宽度最小1ms，最大2ms。

作为本技术方案的进一步优化，本发明一种格斗机器人安全功率限制及解锁系统，所述红外通信为基于常用的NEC协议的改进NEC协议，改进的NEC协议采用8位地址和8位命令长度，改进的NEC协议每次传输两遍地址“用户码”和命令“控制信号”，改进的NEC协议通过脉冲串之间的时间间隔来实现信号的调制“PPM”，改进的NEC协议的载波为50KHz，改进的NEC协议每位的周期为1ms低电平或2ms高电平。

本发明一种格斗机器人安全功率限制及解锁系统的有益效果为：

本发明一种格斗机器人安全功率限制及解锁系统，可以利用红外线具有一定的定向性，机器人只有在进入战斗舱时，才能接收到红外信号发射器发出的红外信号；在没有接收到信号前，功率限制器将对遥控器接收机的信号控制在一定范围内，使格斗机器人只能在有限功率下运行；机器人接收到红外信号发射器的红外信号启动，功率限制器持续三分钟不对遥控接收机的信号进行限制，从而使格斗机器人能满功率运行三分钟；三分钟后功率限制器再次对遥控器接收机的信号进行控制，保持其低功率运行；机器人功率限制共有四种模式分别是满功率、限定功率、武器锁定和整机锁定；机器人红外信号是在封闭的空间内一对多解锁启动，在封闭空间外不能接收满功率信号进行控制，保证封闭战斗舱外调试的安全性。

附图说明

下面结合附图和具体实施方法对本发明做进一步详细的说明。

图1是本发明格斗机器人安全功率限制及解锁系统整体的结构示意框图；

图2是本发明功率限制器硬件的原理图；

图3是本发明红外信号发射器硬件的原理图；

图4是本发明改进NEC协议的脉冲链的结构示意图；

图5是本发明PPM输入与PWM输出的结构示意图；

图6是本发明格斗机器人安全功率限制及解锁系统的程序框图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

具体实施方式一：

下面结合图1-6说明本实施方式，一种格斗机器人安全功率限制及解锁系统，包括红外信号发射器、遥控接收机、功率限制器和机器人工作电机，所述功率限制器包括红外接收器、微控制器和外部电源，红外接收器和微控制器信号连接，外部电源为微控制器供电，红外信号发射器设置在格斗机器人战斗舱内，红外信号发射器和红外接收器红外通信，遥控接收机和微控制器信号连接，微控制器对机器人工作电机的控制信号进行限幅；利用红外线具有一定的定向性，机器人只有在进入战斗舱时，才能接收到红外信号发射器发出的红外信号；在没有接收到信号前，功率限制器将对遥控器接收机的信号控制在一定范围内，使格斗机器人只能在有限功率下运行；机器人接收到红外信号发射器的红外信号启动，功率限制器持续三分钟不对遥控接收机的信号进行限制，从而使格斗机器人能满功率运行三分钟；三分钟后功率限制器再次对遥控器接收机的信号进行控制，保持其低功率运行；本装置根据场地条件完成限制功率与满功率及武器锁定和整机完全锁定这四种状态的切换，以满足不同的对抗或调试情况下对机器人的需求，同时在切换不同的状态下保证特定时间内功率的限定与调整，仍然保证不同状态下控制信号的实时性；同时本发明主要配合封闭式的战斗舱进行机器人的满功率解锁测试与对抗，该种信号解锁方案能够实现在同一个战斗舱内同时对多个机器人进行安全信号解锁及安全锁定，同时通过对舱内信号隔绝可以不影响战斗仓外的调试。

具体实施方式二：

下面结合图1-6说明本实施方式，本实施方式对实施方式一作进一步说明，所述微控制器为STM32单片机，STM32单片机通过四路输入脉冲捕获获取遥控器接收机输出的信号，STM32单片机通过一路输入脉冲捕获获取红外接收器的信号；STM32单片机主要负责对遥控信号和红外信号进行运算与处理、依据运算数据控制格斗机器人的给定功率，如图2所示外部电源连接输入输出接口上的VIN和GND引脚，再与稳压电路的对应引脚相连，其它部分的的所有3V3和GND引脚都分别与稳压电路的对应引脚连接构成供电网络；遥控接收机的四路PWM信号分别与输入输出接口上的3、5、7、9号接口连接，然后连接到STM32单片机的PA0、PA1、PA2、PA3引脚；红外接收器用于接收安装在场地内的红外发射器发出的红外信号，红外接收器连接到STM32单片机的PB9引脚，向STM32单片机发送接收到的信息，两者之间采用NEC协议通信，STM32单片机根据信息进行解锁、闭锁、停机和武器模式更改等操作；综合遥控接收机和红外接收器的信号中得到的信息，TM32单片机计算得到控制机器人工作电机需要的PWM信号，通过PA6、PA7、PB0、PB1引脚输出，这四个引脚分别与输入输出接口上的4、6、8、10号接口连接，然后将信号输出给机器人工作电机的驱动器；此外还有倾角模块，原理图如图2中右上角所示，其INT1、INT2引脚分别与STM32单片机的PB10、PB11引脚相连。用以判断车辆是否翻转，反向则更改STM32单片机输出的PWM信号以保持正常移动。

具体实施方式三：

下面结合图1-6说明本实施方式，本实施方式对实施方式二作进一步说明，所述机器人工作电机包括两个运动电机和一个武器电机，两个运动电机和一个武器电机上均设置有电机驱动器，STM32单片机通过四路PWM信号和两个运动电机上的电机驱动器连接，STM32单片机通过四路PWM信号和一个武器电机上的电机驱动器连接；两个运动电机和一个武器电机的控制是通过把频率为50Hz的，高电平脉宽为1～2ms的脉冲信号输出给电机驱动器从而控制电机功率；驱动器的接口与STM32单片机定时器3的四个通道相连。对于运动电机的电机驱动器，1.5ms表示功率为0，1ms和2ms表示满功率“电机转动方向相反”；对于武器电机的电机驱动器，1ms表示功率为0，2ms表示满功率“电机转动方向固定”。

具体实施方式四：

下面结合图1-6说明本实施方式，本实施方式对实施方式三作进一步说明，所述STM32单片机开启TIM3时钟，配置引脚为复用输出，设置ARR和PSC两个寄存器，设置通道的PWM信号模式及通道方向，得到定时器3的四路PWM信号输出；若没有收到红外信号，则将STM32单片机输出给两个运动电机的电机驱动器的信号限制在1.35ms～1.65ms之间，输出给一个武器电机的电机驱动器的信号限制在1ms～1.45ms之间；若收到红外信号，则STM32单片机输出给两个运动电机和一个武器电机的电机驱动器的信号不加限制。

具体实施方式五：

下面结合图1-6说明本实施方式，本实施方式对实施方式一作进一步说明，所述红外信号发射器包括STM32控制器等元件所组成的最小系统、调试电路、红外线发射管和指示灯电路，调试电路和STM32控制器等元件所组成的最小系统连接，STM32控制器等元件所组成的最小系统和红外线发射管连接，红外线发射管和指示灯电路连接；红外信号发射器主要用于设置功能和发送信号给功率限制器，如图3所示其上的稳压电路用于为红外信号发射器其他元器件提供3.3V供电电压，其中VIN连接外部电源正极，GND连接负极。其它部分的的所有3V3和GND引脚都分别与稳压电路的对应引脚连接构成供电网络；四个按键分别与STM32芯片的PA0、PA1、PA2、PA3引脚相连，用于限制武器功率，解除武器功率限制，强制停机和武器模式更改，三个led指示灯分别与PC13、PB2、PB3连接，用于指示系统目前所处的武器闭锁状态、全机闭锁状态和武器模式。MCU调试接口和串行通信接口用于装置的调试，红外发射器的信号引脚与STM32单片机的PB9连接，用于接收控制器传来的控制信号，并发射相应的红外信号，两者之间采用NEC协议通信。

具体实施方式六：

下面结合图1-6说明本实施方式，本实施方式对实施方式一作进一步说明，所述格斗机器人安全功率限制及解锁系统还包括遥控器，遥控器采用PPM脉位调制，调制信号控制脉冲序列中各脉冲的相对位置，各脉冲的相对位置随调制信号变化，遥控接收机将PPM信号解调为对应通道的PWM信号。

具体实施方式七：

下面结合图1-6说明本实施方式，本实施方式对实施方式六作进一步说明，所述PPM信号每帧数据总长度为固定20ms，低电平脉宽始终在固定0.5ms通道脉冲高电平宽度最小1ms，最大2ms；如图5所示每个通道的脉冲宽度表示了遥控器的给定信号；例如图5中通道3表示油门量，当油门的给定量为0时，通道3的脉宽为1ms，当油门的给定量为最大时，通道3的脉宽为2ms；为了得到接收机通道输出脉冲宽度，需要用到STM32定时器的输入捕获；遥控接收机前四个通道与STM32单片机定时器2的四个独立通道相连；STM32单片机的输入捕获是通过检测TIMx_CNT上的边沿信号，在边沿信号发生跳变的时候，将当前定时器的值“TIMx_CNT”存放到对应的通道捕获寄存器“TIM_CCRx”里面，完成一次捕获，同时配置捕获是触发的中断；这里需要捕获四个通道的高电平脉宽，先设置输入捕获为上升沿检测，记录发生上升沿时TIM2_CNT的值，然后配置捕获信号为下降沿捕获，当下降沿来到时，发生捕获，记录此时的TIM2_CNT值。这样，前后两次TIM2_CNT差就是高电平脉宽；同时TIM2的计数频率已知，从而可以计算出高电平脉宽的准确时间；完成对格斗机器人自身限制时间的满功率工作计时；获得各个通道的高电平脉宽后，经过计算即可得到各个通道的给定量，然后根据是否收到红外信号，即戒除功率限制信号，确定输出给电机驱动器的控制信号。

具体实施方式八：

下面结合图1-6说明本实施方式，本实施方式对实施方式一至七任一项作进一步说明，所述红外通信为基于常用的NEC协议的改进NEC协议，改进的NEC协议采用8位地址和8位命令长度，改进的NEC协议每次传输两遍地址“用户码”和命令“控制信号”，改进的NEC协议通过脉冲串之间的时间间隔来实现信号的调制“PPM”，改进的NEC协议的载波为50KHz，改进的NEC协议每位的周期为1ms低电平或2ms高电平；改进NEC协议的脉冲链如图4所示，首先发送5ms+2.5ms的引导码，接下来是用户码和用户码的反码，第三字节是数据码，用来传输控制信号，第四字节是数据反码，可以用来校验，提高控制信号准确性。用户码和数据码中的‘0’和‘1’是利用脉冲的时间间隔来区分，这种编码方式称为脉冲位置调制方式“PPM”；其中位0首先为0.5ms的高电平，然后是0.5ms的低电平；位1首先是0.5ms的高电平，然后是1.5ms的低电平；改进的NEC协议可以提高红外线的抗干扰能力，有效避免大气中的红外线干扰，能有可靠保证数据的准确性，避免常用遥控器的干扰，确保安全。

本发明的一种格斗机器人安全功率限制及解锁系统，其工作原理为：

利用红外线具有一定的定向性，机器人只有在进入战斗舱时，才能接收到红外信号发射器发出的红外信号；红外信号发射器主要用于设置功能和发送信号给功率限制器，如图3所示其上的稳压电路用于为红外信号发射器其他元器件提供3.3V供电电压，其中VIN连接外部电源正极，GND连接负极。其它部分的的所有3V3和GND引脚都分别与稳压电路的对应引脚连接构成供电网络；四个按键分别与STM32芯片的PA0、PA1、PA2、PA3引脚相连，用于限制武器功率，解除武器功率限制，强制停机和武器模式更改，三个led指示灯分别与PC13、PB2、PB3连接，用于指示系统目前所处的武器闭锁状态、全机闭锁状态和武器模式。MCU调试接口和串行通信接口用于装置的调试，红外发射器的信号引脚与STM32单片机的PB9连接，用于接收控制器传来的控制信号，并发射相应的红外信号，两者之间采用NEC协议通信；红外信号将由PB9输出至红外线发射管，在没有接收到信号前，功率限制器将对遥控器接收机的信号控制在一定范围内，使格斗机器人只能在有限功率下运行；机器人接收到红外信号发射器的红外信号启动，功率限制器持续三分钟不对遥控接收机的信号进行限制，从而使格斗机器人能满功率运行三分钟；三分钟后功率限制器再次对遥控器接收机的信号进行控制，保持其低功率运行；例如图5中通道3表示油门量，当油门的给定量为0时，通道3的脉宽为1ms，当油门的给定量为最大时，通道3的脉宽为2ms；为了得到接收机通道输出脉冲宽度，需要用到STM32定时器的输入捕获；遥控接收机前四个通道与STM32单片机定时器2的四个独立通道相连；STM32单片机的输入捕获是通过检测TIMx_CNT上的边沿信号，在边沿信号发生跳变的时候，将当前定时器的值“TIMx_CNT”存放到对应的通道捕获寄存器“TIM_CCRx”里面，完成一次捕获，同时配置捕获是触发的中断；这里需要捕获四个通道的高电平脉宽，先设置输入捕获为上升沿检测，记录发生上升沿时TIM2_CNT的值，然后配置捕获信号为下降沿捕获，当下降沿来到时，发生捕获，记录此时的TIM2_CNT值。这样，前后两次TIM2_CNT差就是高电平脉宽。同时TIM2的计数频率已知，从而可以计算出高电平脉宽的准确时间；获得各个通道的高电平脉宽后，经过计算即可得到各个通道的给定量，然后根据是否收到红外信号，即戒除功率限制信号，确定输出给电机驱动器的控制信号；两个运动电机和一个武器电机的控制是通过把频率为50Hz的，高电平脉宽为1～2ms的脉冲信号输出给电机驱动器从而控制电机功率；驱动器的接口与STM32单片机定时器3的四个通道相连。对于运动电机的电机驱动器，1.5ms表示功率为0，1ms和2ms表示满功率“电机转动方向相反”；对于武器电机的电机驱动器，1ms表示功率为0，2ms表示满功率“电机转动方向固定”；若没有收到红外信号，则将STM32单片机输出给两个运动电机的电机驱动器的信号限制在1.35ms～1.65ms之间，输出给一个武器电机的电机驱动器的信号限制在1ms～1.45ms之间；若收到红外信号，则STM32单片机输出给两个运动电机和一个武器电机的电机驱动器的信号不加限制。

当然，上述说明并非对本发明的限制，本发明也不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种格斗机器人安全功率限制及解锁系统，包括红外信号发射器、遥控接收机、功率限制器和机器人工作电机，其特征在于：所述功率限制器包括红外接收器、微控制器和外部电源，红外接收器和微控制器信号连接，外部电源为微控制器供电，红外信号发射器设置在格斗机器人战斗舱内，红外信号发射器和红外接收器红外通信，遥控接收机和微控制器信号连接，微控制器对机器人工作电机的控制信号进行限幅；

所述微控制器为STM32单片机，STM32单片机通过四路输入脉冲捕获获取遥控器接收机输出的信号，STM32单片机通过一路输入脉冲捕获获取红外接收器的信号；

所述机器人工作电机包括两个运动电机和一个武器电机，两个运动电机和一个武器电机上均设置有电机驱动器，STM32单片机通过四路PWM信号和两个运动电机上的电机驱动器连接，STM32单片机通过四路PWM信号和一个武器电机上的电机驱动器连接；

所述STM32单片机开启TIM3时钟，配置引脚为复用输出，设置ARR和PSC两个寄存器，设置通道的PWM信号模式及通道方向，得到定时器3的四路PWM信号输出；

利用红外线具有一定的定向性，机器人只有在进入战斗舱时，才能接收到红外信号发射器发出的红外信号；在没有接收到信号前，功率限制器将对遥控器接收机的信号控制在一定范围内，使格斗机器人只能在有限功率下运行；机器人接收到红外信号发射器的红外信号启动，功率限制器持续三分钟不对遥控接收机的信号进行限制，从而使格斗机器人能满功率运行三分钟；三分钟后功率限制器再次对遥控器接收机的信号进行控制，保持其低功率运行；机器人功率限制共有四种模式分别是满功率、限定功率、武器锁定和整机锁定；机器人红外信号是在封闭的空间内一对多解锁启动，在封闭空间外不能接收满功率信号进行控制，保证封闭战斗舱外调试的安全性。

2.根据权利要求1所述的一种格斗机器人安全功率限制及解锁系统，其特征在于：所述红外信号发射器包括STM32单片机所组成的最小系统、调试电路、红外线发射管和指示灯电路，调试电路和STM32单片机所组成的最小系统连接，STM32单片机所组成的最小系统和红外线发射管连接，红外线发射管和指示灯电路连接。

3.根据权利要求1所述的一种格斗机器人安全功率限制及解锁系统，其特征在于：所述格斗机器人安全功率限制及解锁系统还包括遥控器，遥控器采用PPM脉位调制，调制信号控制脉冲序列中各脉冲的相对位置，各脉冲的相对位置随调制信号变化，遥控接收机将PPM信号解调为对应通道的PWM信号。

4.根据权利要求3所述的一种格斗机器人安全功率限制及解锁系统，其特征在于：所述PPM信号每帧数据总长度为固定20ms，低电平脉宽始终在固定0.5ms通道脉冲高电平宽度最小1ms，最大2ms。

5.根据权利要求1至4任一项所述的一种格斗机器人安全功率限制及解锁系统，其特征在于：所述红外通信为基于常用的NEC协议的改进NEC协议，改进的NEC协议采用8位地址和8位命令长度，改进的NEC协议每次传输两遍地址“用户码”和命令“控制信号”，改进的NEC协议通过脉冲串之间的时间间隔来实现信号的调制“PPM”，改进的NEC协议的载波为50KHz，改进的NEC协议每位的周期为1ms低电平或2ms高电平。

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