CN111330235A - 一种智能乒乓球场清理机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智能乒乓球场清理机器人。它包括机器人本体、进球口、收纳盒、风扇、CPU处理模块、彩色摄像头、九轴姿态传感器、微波雷达感应传感器模块、测距模块、电机驱动模块、无刷电机控制模块、显示屏、GPS定位模块；所述机器人本体底部安装有行走模块，机器人本体的底部设有进球口，进球口与收纳盒相连，收纳盒的上部设有风扇，收纳盒与风扇之间设有隔网。本发明采用多传感器采集乒乓球场上物体的综合信息，由CPU处理模块进行识别定位，可以实现对乒乓球场进行全方面、无重复的清理，并且能避开障碍物，降低场馆工作人员劳动成本，提高训练人员的训练效率。

Description

一种智能乒乓球场清理机器人

技术领域

本发明涉及一种机器人，特别涉及一种自动清理扫乒乓球场的清理机器人。

背景技术

运动员在乒乓球场捡球和扫拖的日常工作是一种重复性的劳动。目前，在乒乓球场训练的运动员在练球的同时还需要花费时间去拾取大量掉落在球场的乒乓球和扫拖乒乓球场，这对本处于疲态的乒乓球运动员来说，如果有一个球场清理机器人，他们可以利用这部分时间去休息，从而提高训练效率。或者是雇佣专门的清理工来负责乒乓球场的地面的洁净，长远来说，如果有一个球场清理机器人来自动检测清扫乒乓球场，无疑可以减少人力和财力，间接提高乒乓球运动员的训练效率。

发明内容

为了解决乒乓球场清理的上述技术问题，本发明提供一种自动清扫的智能乒乓球场清理机器人。

本发明解决上述技术问题的技术方案是：一种自动清扫的智能乒乓球场清理机器人，包括机器人本体、进球口、收纳盒、风扇、CPU处理模块、彩色摄像头、九轴姿态传感器、微波雷达感应传感器模块、超声波模块、电机驱动模块、无刷电机控制模块、显示屏、GPS定位模块。所述彩色摄像头、九轴姿态传感器、微波雷达感应传感器模块、GPS定位模块、超声波模块、全向轮电机驱动模块、无刷电机控制模块、显示屏分别与CPU处理模块相连。其中所述彩色摄像头、九轴姿态传感器、微波雷达感应传感器模块、超声波模块、人体红外模块、GPS定位模块为输入模块，输入信号到CPU处理模块；电机驱动模块、无刷电机控制模块为输出模块，CPU处理模块计算完后输出信号至电机驱动模块、无刷电机控制模块；所述机器人本体底部安装有行走模块，机器人本体的底部设有进球口，进球口与收纳盒相连，收纳盒的上部设有风扇，收纳盒与风扇之间设有隔网。

本发明的技术效果在于：本发明采用彩色摄像头、九轴姿态传感器、微波雷达感应传感器模块、GPS定位模块、超声波模块以及人体红外模块采集乒乓球场上物体的综合信息，由CPU处理模块进行识别定位，并根据识别定位信息驱动行走模块自动清理乒乓球场上的乒乓球，可以节省运动员的时间，提高乒乓球运动员的训练效率。

附图说明

附图1为本发明的控制原理结构图；

附图2为本发明中主机树莓派3B+的流程图；

附图3为本发明中从机K60FX512芯片的流程图；

附图4为本发明的立体图；

附图5为本发明的主视图；

附图6为本发明的俯视图；

附图7为本发明中树莓派3B+ BCM2837处理器的电原理图；

附图8为本发明中树莓派3B+ MXL7704电源管理电路原理图；

附图9为本发明中树莓派3B+其他接口原理图；

附图10为本发明中K60FX512芯片外围电路原理图；

附图11为本发明中TB6612FNG电机驱动原理图；

附图12本发明中为无刷电机控制模块原理图；

附图13为本发明中人体红外传感器原理图；

附图14为本发明中BMX055九轴陀螺仪原理图；

附图15为本发明中GPS模块原理图；

附图16为本发明中雷达感应传感器模块原理图；

附图17为本发明中超声波接口原理图；

附图18为本发明中电源稳压电路原理图；

附图19为本发明中主从机接口原理图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对发明作进一步的说明。

如图1、4、5、6所示，本发明包括微波雷达感应传感器模块1、电池2、电路板3、无刷电机风扇4、机器人本体5、收纳盒6、进球口7、带霍尔传感器的电机8、全向轮81、隔网9、彩色摄像头10、九轴姿态传感器、人体红外模块、全向轮电机驱动模块、无刷电机控制模块、显示屏、GPS定位模块、超声波模块、终端处理器以及控制系统处理器。所述彩色摄像头、微波雷达感应传感器模块、电阻屏、超声波模块分别与终端处理器相连，九轴姿态传感器、GPS模块、电机驱动模块、无刷电机控制模块、人体红外模块分别与控制系统处理器相连，终端处理器与控制系统处理器相连。

本发明中，机器人本体5为圆筒形状，机器人本体5底部周边均匀安装有三个全向轮81，机器人本体5的底部设有进球口7，进球口7与机器人本体5内的收纳盒6相连，收纳盒6的上部设有风扇4，收纳盒6与风扇4之间设有隔网9，电池2、电路板3设置于机器人本体5内下部。

本发明中树莓派作为主机，即控制系统处理器，用于处理各个传感器反馈回来的信号，把运动控制信号传递给从机K60芯片；所述K60芯片作为从机，即终端处理器，进行实时控制，接收从主机传送过来的数据信号，控制机器人运动、拾取乒乓球、清扫乒乓球场。

采用LM7805作为5V稳压芯片为各个模块提供稳定的工作电压。同时3.3V稳压采用TPS7333、LP2985-3V3、RT9193-33、HT7133-1这四个稳压芯片将LM7805稳压出来的5V稳压至3.3V，分别为K60芯片、姿态传感器、GPS模块、人体红外传感器供电。

球场清理机器人主机树莓派3B+程序流程图如附图2所示。如附图2所示，当树莓派3B+初始化成功之后，可以通过3.5寸电阻屏对球场清理机器人的参数和工作模式进行设置。当球场清理机器人启动标志位为1的时候，球场清理机器人开始启动进行工作。于是，树莓派开始进行图像采集，利用OpenCV算法对采集得到的图像进行处理，先进行去噪、灰度化、二值化等图像预处理，再利用随机Hough检测圆形算法对场内多个小球进行识别、定位，获得球场清理机器人与乒乓球之间的偏差E1。树莓派3B+利用引出的IO口采集微波雷达感应传感器模块感应得到的数据，建立雷达SLAM图，该传感器检测范围为与天线平行（方位）方向的检测角度为72°，与天线垂直（俯仰）方向的检测角度为36°。与此同时，树莓派3B+通过引脚读取四个超声波在四个方位采集得到的数据，然后树莓派利用采集得到的数据对雷达建立的雷达图进行补偿融合，就可以得到比较准确的雷达图数据了。树莓派再对雷达图数据进行处理，获得寻迹偏差E2，接下来就对偏差E1、E2进行融合得到最终的偏差E，此偏差用来避障和对乒乓寻迹。通过树莓派3B+的USB串口与K60芯片进行串口通信，然后将偏差E和其他参数发送给K60芯片。程序循环执行，对球场的乒乓球和障碍物进行识别。

球场清理机器人从机K60FX512芯片程序流程图如附图3所示。如附图3所示，当K60初始化完成后，K60开始与树莓派进行串口通信。K60利用IIC接口与BMX055九轴姿态传感器进行通讯，获得球场清理机器人的姿态数据。同时K60通过串口通信读取GPS上的星历信息，提取其中有效的数据。将姿态数据与GPS数据进行卡尔曼滤波融合，建立准确的空间坐标系（惯导）进行定位，对机器人的运动进行导航，利用这些数据可对机器人的路径进行路径优化，提高工作效率。利用数据算法对各项数据进行综合处理，然后K60芯片控制TB6612FNG电机驱动模块对车模运动进行控制，控制无刷电机的开关，就可以实现机器人无重复的清扫了。当球场清理机器人扫描到乒乓球时，树莓派通过串口通信将乒乓球位置信息传送给K60芯片，于是K60通过此信息控制运动控制模块实现对小球的寻迹及吸取。通过人体红外传感器可以对球场清理机器人的寻迹进行特殊处理，可与运动员保持一定的距离，保证球场清理机器人安全工作，不致于影响到运动员的训练。

球场清理机器人的三视图如附图4、5、6所示，机器人顶部是雷达，摄像头，电路板，内部上层是吸力装置（无刷电机与风扇组成），中间夹着一层镂空的铁丝网9，保证小球不会与风扇4接触，下层放置一个可拆卸的收纳盒6，方便取出小球。机器人正面底部有一个梯形的进球口7，小球通过这个通道被吸进机器人内部的收纳盒6。

树莓派3B+ BCN2837处理器引脚图如附图7所示。树莓派3B+使用的CPU是64位四核A53 1.2GHz的BCM2837。树莓派3B+具有极强的数据、图像处理能力。

树莓派3B+电源管理电路如附图8所示，采用的是MxL7704芯片。MxL7704是MaxLinear公司的电源管理芯片，可以提供5路的电源输出，向树莓派分别提供了3.3V、1.8V、1.2V、VDD_CORE等电压。MxL7704是一种五输出通用PMIC（电源管理集成电路），输入电压范围为4.0V至5.5V，5V为其输入电压的典型值，于是可用于从5V输入为树莓派各个模块供电。芯片中四个同步降压降压调节器的范围从1.5A的系统电源到4A的核心电源。而100mALDO为辅助设备提供稳定的1.5V到3.6V电源。MxL7704芯片还含有400kHz的I2C接口，通过该接口，客户可以监视每个输出的输入电压标志和PGOOD（开漏输出）标志。通过I2C端口还可以用来修改电源上、下顺序选项，将PGOOD输出分配给PGOOD引脚，启用输出并选择开关频率。所有的输出支持10%的裕度，两个最高功率输出支持动态电压控制，处理器可以利用这一功能来节省电能。高开关频率和具有内部补偿的电流模式体系结构能够对线路和负载的变化做出非常快速的瞬态响应，而不会牺牲稳定性且将电路板空间保持在最小。MxL7704还有故障保护功能，该功能包括输入欠压锁定、过电流保护和热保护。所以，该电源管理系统为树莓派的稳定运行提供了保障。树莓派3B+供电接口采用的是安卓接口，后边有一个管子F1（MF-MSMF250/X），这是一个自恢复保险丝，在树莓派的供电中起到保护电路的作用。电源与地之间串联一个稳压二极管D1、一个47uF的电容C4，可以起到稳压滤波的作用。

树莓派3B+其他接口原理图如附图9所示。如附图9所示，J5为HDMI（高清晰度多媒体接口），用于将未压缩的视频或数字音频数据传输到计算机监视器，数字电视等。通常，此HDMI端口有助于将树莓派连接到相应的显示器上，RT9741CGV芯片U5为显示器高压驱动芯片，两边的100nF电容C31、C32对电源起到一定的滤波稳压作用。J3为CSI摄像头接口，CSI（摄像头串行接口）接口在Broadcom处理器和Pi摄像头之间提供连接，通过该接口，树莓派可以读取到摄像头拍摄的图像。J4为DSI显示器接口，DSI（显示器串行接口）显示器接口用于使用15针FPC扁平软排线将LCD连接到树莓派。DSI提供快速的高分辨率显示接口，专门用于将视频数据直接从GPU（图形处理器）发送到LCD显示器。P为树莓派BCM2837处理器的40PIN排针引出，方便用户使用IO口进行改装，该引出的引脚包含II2C通讯接口、主从机接口、SPI通讯接口等。

K60FX512芯片有144个引脚，有多达100个I/O引脚，其中A口26个，B口20个，C口16个，D口16个，E口18个，每个引脚具有多个功能，如PWM输出、串口通信和ADC采集等。K60FX512芯片通过建立对源库代码的IAR工程，根据各个外设模块的工作原理编写相应的程序，再通过Jlink或者SWD下载接口可以实现对K60芯片程序的下载和调试。

K60FX512芯片外围电路原理图如附图10所示。如附图10所示，K60FX512芯片外围电路主要由电源短路电路、无源晶振电路、有源晶振电路、复位电路等电路组成。电源短路电路中F1为保险丝，可以达到保护电路安全的作用，而1N4729A稳压二极管D2起到稳压的作用，其中10uF的有极性电容C38和100nF电容C40对电源有滤除波纹稳压的作用。而安卓接口是K60程序SWD下载的接口。K60芯片位低电平复位，复位引脚为RESET，若RESET信号有效（低电平），MCU复位。复位电路工作原理如下：正常工作时，输入引脚RESET通过一个4.7K的电阻R18接到电源正极，所以RESET默认为高电平。若按下复位按键，则RESET脚接地，为低电平，导致芯片复位。晶振电路为芯片提供准确的工作时钟，晶体振荡器分为无源晶振和有源晶振两种类型。K60共需要两个晶振，一个是芯片的主晶振，用于产生芯片和外设的工作时钟，另一个是实时定时器的晶振（RTC）。K60芯片时钟使用50MHZ的有源晶振，RTC时钟使用32.768KHZ无源晶振。滤波电路对单片机的电源有滤除波纹的作用。

球场清理机器人三个减速电机采用TB6612FNG作为电机驱动芯片，该电机驱动模块如附图11所示。TB6612FNG具有大电流MOSFET-H桥结构，双通道电路输出，可同时驱动2个电机。该芯片的VM最大输入电压为15V，最大输出平均电流为1.2A，VCC为内部的逻辑供电，典型供电值3.3V或5V，芯片的3个GND接任意一个就行，芯片13脚STBY置高时才能工作。若该芯片VCC接5V、STBY接高电平时，若该芯片的AIN1接高电平，AIN2接低电平时，电机正转；若该芯片的AIN1接低电平，AIN2接高电平时，电机反转；若该芯片的AIN1接低电平，AIN2接低电平时，电机停止转动。其中PWMA接到K60芯片的PWM引脚，于是就可以通过改变K60芯片PWM输出引脚输出的占空比来调节电机的转速。BIN1、BIN2、PWMA工作原理与AIN1、AIN2、PWMA同理。如附图11所示，VMOS管有防止电源反接的作用，而在电源与地之间并联的电容有滤除波纹、稳定电源的作用。本车模使用的减速电机自带有霍尔传感器测速的功能，霍尔传感器输出的信号为A、B两相信号，通过连接K60芯片的FTM引脚，利用K60芯片中FTM引脚的正交解码功能，达到测速的目的。

无刷电机控制模块原理图如附图12所示。无刷电机控制模块利用K60的引脚间接控制S8550三极管Q7，于是可以达到控制继电器K1线圈的效果，从而对无刷电机进行控制，进行对小球的吸取和对地板灰尘垃圾颗粒的清扫。如附图19所示，S8550三极管Q7的基极连接着K60的PTD14引脚，还接了一个10K上拉电阻R72，使S8550的基极电压默认为高电平，即S8550三极管Q2默认处于截止状态（继电器线圈默认不工作），无刷电机不工作，三极管Q7的发射极连接5V稳压电源，集电极与继电器K1线圈的一端连接。继电器K1线圈的一端与S8550三极管Q7的集电极、续流二极管D21的阴极连接，另一端与电源GND、续流二极管D21的阳极连接，而LED指示灯D21串联4.7K电阻R73然后一起并接在继电器两端，电阻R73起限流的作用，LED用来指示线圈是否工作。当K60的PTD14输出低电平时，S8550三极管Q7导通，继电器K1线圈得电，继电器开关闭合，无刷电机得电工作；当K60的PTD14输出高电平时，S8550三极管Q7截止，继电器K1线圈失电，继电器开关断开，无刷电机失电不工作。当K60的PTD14引脚输出一个上升沿时，则继电器K1得线圈得电后再失电，此时线圈会产生一定的反向脉冲，此时，续流二极管为反向脉冲提供通路，保证了电路工作的稳定，防止损坏三极管。

人体红外传感器原理图如附图13所示。人体都有恒定的体温，一般在 37度，所以会发出特定波长10um左右的红外线，而人体发射的10um左右的 红外线能通过菲涅尔透镜增强后聚集到红外感应源上。本装置红外感应源采 用的是热释电传感器LHI778，这种元件在接收到人体红外辐射温度发生变化 时的信号就会失去电荷平衡，向外释放电荷，产生电压信号，然后此信号再 经过两级放大电路放大输出就可以被K60芯片识别并进行处理了。其中，菲 涅尔透镜的作用有两个：一是聚焦作用，即将热释红外信号折射在热释电传 感器上；第二个作用是将探测区域分为若干个明区和暗区，使进入探测区域 移动物体能以温度变化的形式在热释电传感器上产生热释红外信号。如附图 13所示，LHI778热释电传感器的1脚D为传感器正端、2脚S为传感器信号 端、3脚G为传感器负端。当人体辐射的红外线通过菲涅尔透镜被聚焦在热 释传感器上时，电路中的传感器将输出电压信号，该信号先通过由0.01uF 电容C105、47K电阻R59组成的带通滤波器，允许通过10um左右红外线移动 所产生的信号。由于LHI778热释电传感器输出的探测信号电压十分微弱，且 是一个变化的信号，与此同时菲涅尔透镜的作用又使输出信号呈脉冲形式， 因此需要对热释红外传感器输出的电压信号进行放大。本模块使用BISS0001 内部的两级运算放大器对信号进行两级放大，使信号能获得足够的增益。光 敏电阻R51与1M电阻R49进行串联然后BISS0001芯片的9脚VC连接，串联 的两个电阻的另一端与电源GND连接，此光敏电阻R51在此起光照补偿的作 用，减少光照强弱对热释传感器造成的影响。BISS0001芯片的12脚2OUT是 第二级运算放大器的输出端、13脚2IN-是第二级运算放大器的反相输入端、 14脚1IN+是第一级运算放大器的同相输入端、15脚1IN-是第一级运算放大 器的反相输入端、16脚1OUT是第一级运算放大器的输出端，BISS0001芯片 中的2OUT、2IN-、1IN+、1IN-、1OUT引脚与外围电阻电容连接构成了两级放 大电路，对热释红外传感器输出的电压信号进行放大，放大后的信号输出是BISS0001芯片的2脚VO，VO输出端接一个1K上拉电阻R65，形成参考电压， 防止信号过小，其中，调节滑动变阻器R50可以调节放大增益，即可以用来 调节传感器的检测距离。BISS0001芯片的3脚RR1是输出延迟时间TX的调 节端、4脚RC1是输出延迟时间TX的调节端、5脚RC2是触发封锁时间Ti 的调节端、6脚RR2是触发封锁时间Ti的调节端，BISS0001芯片中的RR1、RC1与外围的10K电阻R63、1M滑动变阻器R62、0.01uF电容C113构成一个 可以调节输出延迟时间的电路，在此输出延迟时间段内触发后的电平将保持 一段时间。BISS0001芯片中的1脚A是可重复触发和不可重复触发选择端， 当A脚接高电平时，允许重复触发；反之，不可重复触发。如附图13所示A 脚接的是3.3V稳压电源，即接的是高电平，允许重复触发。HT7133-1芯片 为3.3V稳压输出芯片，其稳压后的电源给人体红外传感器供电，而HT7133-1 芯片的2脚VIN接1N5819二极管D7的阴极，1N5819二极管的阳极接5V稳 压电源，二极管D7能有一定程度的防反接效果，保护HT7133-1不致于损坏。

BMX055九轴陀螺仪原理图如附图14所示。BMX055芯片为三轴12bit加速度传感器、三轴16bit陀螺仪、三轴地磁传感器。K60芯片通过IIC接口可以与九轴姿态传感器进行通讯，然后获取得到球场清理机器人的运动姿态。其中与IIC接口串接的472R电阻R55、R56，对IIC中的SCL、SDA接口进行上拉，即对BMX055的9脚SCx、11脚SDx进行上拉。BMX055芯片的工作电压为3.3V。

GPS模块原理图如附图15所示。改GPS模块采用的是GPS_NEO-6M模块，通过此模块可实现GPS导航定位。其中24C32为非易失性存储器，可用于存储接收到的位置信息。模块采用NEO-6M模块，体积小巧，性能优异；自带陶瓷天线及MAX2659高增益芯片；可通过串口进行各种参数设置，并可以保存在24C32非易失性存储器里面，使用方便；自带IPX接口，可以连接各种有源天线，适应能力强；兼容3.3V/5V电平，方便连接各种单片机系统；模块自带可充电后备电池，可以掉电保持星历数据。在主电源断开后，后备电池BT1可以维持半小时左右的GPS星历数据的保存，以支持温启动或热启动，从而实现快速定位。K60芯片通过串口通信接口可以与GPS模块进行通讯获取星历信息。GPS模块的PPS引脚为时钟脉冲输出脚，该引脚与LED指示灯D18的阴极连接，另外一端与陀螺仪电源3.3V连接。当LED指示灯常亮时，表示模块已开始工作，但还未实现定位；当LED指示灯闪烁时，表示模块已经定位成功。

微波雷达感应传感器模块原理图如附图16所示。微波运动传感器是利用多普勒雷达原理设计的微波移动物体探测器，通过检测物体反射的微波来探测物体的运动状况。该传感器有如下优点：非接触探测；不受温度、湿度、气流、尘埃、尘埃、光线等影响，适合恶劣环境；抗射频干扰能力强；输出功率小，对人体结构不成危害；探测距离远等。微波雷达感应传感器模块中的LMV358M是双运算放大器，内部包括有两个独立的、高增益、内部频率补偿的运算放大器。传感器接收到的微小信号经过放大，再通过比较电路将信号转换为方波信号，输出0、1数字信号，便于单片机处理。微波信号检测角度：与天线平行（方位）方向的检测角度为72°，与天线垂直（俯仰）方向的检测角度为36°。本传感器具有2-16m范围连续可调，调节滑动变阻器RP可以调节其探测距离。因此，球场清理机器人可通过微波雷达传感器检测物体来建立雷达图来进行避障。

超声波接口原理图如附图17所示。初始化时将trig和echo端口都置低，首先向给trig发送至少10 us的高电平脉冲（模块自动向外发送8个40K的方波），然后等待，捕捉echo端输出上升沿，捕捉到上升沿的同时，打开定时器开始计时，再次等待捕捉echo的下降沿，当捕捉到下降沿，读出计时器的时间，这就是超声波在空气中运行的时间，按照测试距离=（高电平时间*声速（340M/S））/2就可以算出超声波到障碍物的距离。球场清理机器人采用四个超声波模块，分别分布在球场清理机器人的四个方位，分别采集四个方位距离信息，与微波雷达传感器采集的距离信息进行融合补偿，使雷达图信息更加准确可靠。

电源稳压电路原理图如附图18所示。如附图所示，电源稳压电路由 LM7805DC-DC5V稳压电路、TPS7333 DC-DC3.3V稳压电路、LP2985-3V3 DC-DC3.3V稳压电路、RT9193-33DC-DC3.3V稳压电路。5V稳压模块采用的 是稳压芯片LM7805，球场清理机器人使用的是12V的电源，而LM7805的最 大输入电压为35V，输入输出差需保持2V以上，输出电压为4.8V～5.2V,典 型输出电压值为5.0V，输出峰值电流可以达到2.2A，可以给相应模块的工作 供电。如附图18所示，LM7805稳压芯片，芯片的输入端与GND并接了47uF 有极性电容、10uF有极性电容，芯片的输出端与GND并接了10uF有极性电 容、470uF有极性电容，这些电容的作用都是滤除波纹，增加电源的稳定性， 稳压电源中的LED起到电源指示灯的作用。本装置有5个LM7805稳压电路， 分别单独给各个模块5V供电。单片机K60使用TPS7333芯片对LM7805稳压 出来的5V电压稳压至3.3V，给K60芯片及其外围电路供电。TPS7133芯片是 一种低功耗(LDO)稳压器，能够将5V的电压稳压至3.3V。通过将典型的PNP 通晶体管替换为PMOS器件，实现了比传统的LDO性能降低一个数量级的降压 和静态电流，为芯片K60提供稳定的电源。九轴姿态传感器采用LP2985-3V3 芯片对LM7805稳压出来的5V电压稳压至3.3V，然后给九轴姿态传感器 BMX055芯片供电。GPS_NEO-6模块采用RT9193-33芯片对LM7805稳压出来的 5V电压稳压至3.3V，然后给MAX2659增益芯片、GPS_NEO-6芯片、非易失性 存储器24C32供电。

USB转TTL下载模块原理图如附图19所示。CH340G芯片是一个USB总线的转接芯片，可以实现USB转串口或者USB转打印口，在此模块使用下可以实现树莓派主机与从机K60芯片进行串口通信。CH340G芯片的8脚XO是晶体振荡的输出端，需要外接晶体及电容，7脚XI是晶体振荡的输入端，也需要外接晶体和电容，于是XI与XO之间串接了一个12MHz的晶振X2，XI与XO分别与电源GND串接了22pF电容C131、C132。当CH340G芯片接5V电源电压时，4脚V3需连接一个0.01uF的退耦电容C130，然后此电容的另一端与电源GND连接。CH340G芯片的2脚TXD与K60芯片的UART5的RXD连接，CH340G芯片的3脚RXD与1N5819二极管D19的阴极连接，而1N5819二极管D19的阳极与K60芯片的UART5的TXD连接，二极管D19保证K60芯片发送的信号只能单向传递给CH340G，使主从机串口通信更加稳定。USB转TTL下载模块与树莓派连接的接口为USB的母座接口，直接用相应的数据线就可以与树莓派的USB母座连接。

其他接口原理图中，J7为12V电源供电圆形插孔，J6为树莓派USB母座 5V供电接口，用安卓数据线就可以实现树莓派5V供电，二极管D5、D6有一 定的防反接保护能力。J11为microUSB接口，microUSB接口用于GPS与电脑 连接安装相应的USB驱动文件，然后电脑的设备管理器里面就会出现一个虚 拟串口，于是就可以通过电脑对GPS进行调试了。P3排母为5.3寸树莓派LCD 电阻屏接口，插入对应的树莓派(已刷好3.5寸屏的系统固件)的40PIN排 针，然后就可以使用了。

球场清理机器人总原理图主要由树莓派3B+电路、K60FX512核心电路、 检测模块电路、电机控制电路、主从机串口通信电路和稳压电路组成。

Claims (5)

1.一种智能乒乓球场清理机器人，其特征在于，包括机器人本体、进球口、收纳盒、风扇、CPU处理模块、彩色摄像头、九轴姿态传感器、微波雷达感应传感器模块、测距模块、电机驱动模块、无刷电机控制模块、显示屏、GPS定位模块，所述彩色摄像头、九轴姿态传感器、微波雷达感应传感器模块、测距模块、GPS定位模块、电机驱动模块、无刷电机控制模块、显示屏分别与CPU处理模块相连，所述彩色摄像头、测距模块、九轴姿态传感器、微波雷达感应传感器模块、GPS定位模块的输出信号送到CPU处理模块，CPU处理模块的输送信号分别送到电机驱动模块、无刷电机控制模块；所述机器人本体底部安装有行走模块，机器人本体的底部设有进球口，进球口与收纳盒相连，收纳盒的上部设有风扇，收纳盒与风扇之间设有隔网。

2.根据权利要求1所述的智能乒乓球场清理机器人，其特征在于：所述的行走模块包括三个全向麦卡姆轮，三个全向麦卡姆轮等间距布置于机器人本体底部周边。

3.根据权利要求1所述的智能乒乓球场清理机器人，其特征在于：所述的测距模块为超声波模块。

4.根据权利要求1所述的智能乒乓球场清理机器人，其特征在于：还包括人体红外模块，人体红外模块与CPU处理模块相连。

5.根据权利要求1所述的智能乒乓球场清理机器人，其特征在于：所述的CPU处理模块由终端处理器和控制系统处理器组成，控制系统处理器采用树莓派3B+，终端处理器采用NXP的K60芯片。

Images