CN111679672A - 一种仿蛇形巡检机器人自动避障系统的通讯方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种仿蛇形巡检机器人自动避障系统的通讯方法，该自动避障系统包括舵机、传感器组、上位机和下位机，上位机与下位机相连，下位机分别连接且控制舵机、传感器组；传感器组包括测距传感器Ⅰ和测距传感器Ⅱ，下位机包括相连的舵机控制板和Arduino控制器；该通讯方法中，舵机控制板通过设计动作组与上位机进行通讯，Arduino控制器通过烧录代码通讯与上位机进行通讯，同时舵机控制板与Arduino控制器之间进行串口通讯。本发明利用舵机控制板的二次开发功能与Arduino控制器首先建立通讯，使用最少的下位机系统，最简单的程序，实现了仿蛇形巡检机器人的自动避障的功能。
Description
技术领域
本发明属于巡检技术领域，涉及巡检机器人的自动避障通讯技术，具体涉及一种仿蛇形巡检机器人自动避障系统的通讯方法。
背景技术
近年来，随着科学技术的发展，为解决各种问题的机器人层出不穷。仿蛇形巡检机器人因其独特的结构和处理问题的出色能力而独树一帜，在电缆沟巡检等问题的解决上受到众多科研人员的青睐。而自动避障作为仿蛇形巡检机器人的基本功能，急需一种合理的上位机与下位机之间的通讯方式，使得自动避障功能更加容易，简单的实现。
现有技术中的上位机和下位机的通讯，无非是直接控制器串口连接PC端，这种方法很常见，且存在一定弊端：其一，较长时间会造成卡顿、卡机，机身温度上限等；其二，控制不够灵敏、快速，满足不了巡检的机器人的多种状况；其三，该通讯方法不能够很好地满足复杂艰涩的环境要求，因此，自动避障起来误差大、困难重重等等。上述这些缺点均在一定程度上限制了巡检机器人以及新型的仿蛇形巡检机器人的自动避障功能，急需更好的通讯方法的创新。
发明内容
有鉴于此，为解决上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供了一种仿蛇形巡检机器人自动避障系统的通讯方法，解决仿蛇形巡检机器人为实现自动避障功能的上位机与下位机如何通讯的问题，使上位机与下位机通讯更加合理，对硬件的控制更加便捷。利用舵机控制板的二次开发功能与Arduino控制器首先建立通讯，使用最少的下位机系统，最简单的程序，实现了仿蛇形巡检机器人的自动避障的功能。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：
一种仿蛇形巡检机器人自动避障系统的通讯方法，该自动避障系统包括舵机、传感器组、上位机和下位机，所述上位机与下位机相连，所述下位机分别连接且控制所述舵机、传感器组；
所述传感器组包括测距传感器Ⅰ和测距传感器Ⅱ，所述下位机包括相连的舵机控制板和Arduino控制器，所述Arduino控制器均与测距传感器Ⅰ、测距传感器Ⅱ相连，所述舵机控制板与舵机相连；
该自动避障系统的通讯方法，包括以下步骤：
S1：采用舵机控制板和Arduino控制器作为下位机，下位机分别控制传感器组、舵机，上位机控制下位机且记录及储存数据；
S2：所述舵机控制板通过设计动作组与所述上位机进行通讯，所述Arduino控制器通过烧录代码通讯与所述上位机进行通讯，同时所述舵机控制板与Arduino控制器之间进行串口通讯，从而下位机与上位机以间接通讯的方式再次进行通讯；
S3：单个所述的Arduino控制器将设定好的动作组下载进舵机控制板中，所述舵机控制板同时控制多个所述的舵机转动不同的角度；
S31：所述Arduino控制器控制所述测距传感器Ⅰ、测距传感器Ⅱ分别对周围路况进行实时检测，测距传感器Ⅰ、测距传感器Ⅱ分别发射信号，通过返回前方障碍物的距离，作为仿蛇形巡检机器人的执行不同的动作的依据；
S32：定义参数：定义动作组执行的自动避障的缓冲距离为S、所述测距传感器Ⅰ实时测得的返回前方障碍物的距离为测距返回值a、所述测距传感器Ⅱ实时测得的返回前方障碍物的距离为测距返回值b，判断a、b的大小；
S33：执行动作：所述Arduino控制器与舵机控制板进行串口通讯，Arduino控制器发送命令控制舵机控制板，进而控制多个舵机转动不同的角度来执行相应的避障动作。
进一步的，所述步骤S33，具体包括以下子步骤：
S331：若a＜S且b＜S时，舵机控制板控制多个所述的舵机转动不同的角度，执行翻越动作；否则转入步骤S332；
S332：若b＜S时，舵机控制板控制多个所述的舵机转动不同的角度，执行左转动作；否则转入步骤S333；
S333：若a＜S时，舵机控制板控制多个所述的舵机转动不同的角度，执行右转动作；否则转入步骤S334；
S334：否则，Arduino控制器发送无异常命令给舵机控制板，舵机控制板控制多个所述的舵机随仿蛇形巡检机器人正常运动。
进一步的，所述步骤S32中，动作组执行的自动避障的缓冲距离S为30㎝。
进一步的，所述上位机分别与Arduino控制器、舵机控制板相连，所述上位机为PC机。
进一步的，所述上位机与舵机控制板之间进行有线无代码通讯，所述上位机与Arduino控制器之间进行有线代码通讯。
进一步的，所述舵机的个数为多个。
进一步的，所述测距传感器Ⅰ、测距传感器Ⅱ均为超声波测距传感器。
进一步的，所述测距传感器Ⅰ、测距传感器Ⅱ左右平行设在仿蛇形巡检机器人的前方。
本发明的有益效果是：
本发明中，舵机控制板和Arduino控制器作为下位机与上位机进行通讯。该通讯的创新之处在于：利用舵机控制板的二次开发功能与Arduino控制器首先建立通讯。当Arduino控制器与上位机即PC机代码通讯时，在舵机控制板下载的动作组不可自动化实现时，使得动作组可利用代码进行控制。该通讯方式以单个的Arduino控制器作为中间系统，可建立PC机、舵机控制板的三者之间通讯关系。将该通讯方法用于仿蛇形巡检机器人的自动避障系统上，使用最少的下位机系统，最简单的程序，实现了仿蛇形巡检机器人的自动避障的功能；
本发明中，为了实现仿蛇形巡检机器人的自动避障功能，下位机采用舵机控制板和Arduino控制器。舵机控制板在可与上位机的PC端通过设置动作组进行通讯的同时，两个下位机也建立串口通讯，实现了动作组可由代码控制的功能，也建立了上位机与下位机之间的一种新型通讯关系。通过Arduino代码控制传感器组和舵机控制板，又由测距传感器的返回值在代码中实现对舵机控制板的控制，以达到控制舵机的目的。上位机与下位机实现高质量通讯，实现仿蛇形巡检机器人自动避障功能的合理与完善。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的上位机和下位机的通讯示意图；
图2为本发明的方法流程图；
图中标记：1、舵机，2、传感器组，201、测距传感器Ⅰ，202、测距传感器Ⅱ，3、上位机，4、下位机，5、舵机控制板，6、Arduino控制器。
具体实施方式
下面给出具体实施例，对本发明的技术方案作进一步清楚、完整、详细地说明。本实施例是以本发明技术方案为前提的最佳实施例，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
一种仿蛇形巡检机器人自动避障系统的通讯方法，该自动避障系统包括舵机1、传感器组2、上位机3和下位机4，所述上位机3与下位机4相连，所述下位机4分别连接且控制所述舵机1、传感器组2；
所述传感器组2包括测距传感器Ⅰ201和测距传感器Ⅱ202，所述下位机4包括相连的舵机控制板5和Arduino控制器6，所述Arduino控制器6均与测距传感器Ⅰ201、测距传感器Ⅱ202相连，所述舵机控制板5与舵机1相连；
该自动避障系统的通讯方法，包括以下步骤：
S1：采用舵机控制板5和Arduino控制器6作为下位机4，下位机4分别控制传感器组2、舵机1，上位机3控制下位机4且记录及储存数据；
S2：所述舵机控制板5通过设计动作组与所述上位机4进行通讯，所述Arduino控制器6通过烧录代码通讯与所述上位机3进行通讯，同时所述舵机控制板5与Arduino控制器6之间进行串口通讯，从而下位机4与上位机3以间接通讯的方式再次进行通讯；实现动作组可通过代码实现控制；通过上位机3与下位机4的创新型通讯方式，实现仿蛇形巡检机器人自动避障功能；
S3：单个所述的Arduino控制器6将设定好的动作组下载进舵机控制板5中，所述舵机控制板5同时控制多个所述的舵机1转动不同的角度；解决了单个Arduino作为下位机时控制舵机数量少且控制多个舵机时程序繁杂的问题，使仿蛇形巡检机器人在遇到不同障碍物可执行不同的动作；所述动作组在将设定好舵机角度与方向下载进舵机控制板5之后，可通过遥控等进行动作组的控制，但不可实现其自动化；动作组实现代码控制需要舵机控制板5与Arduino控制器6之间首先可实现串口通讯，才可以在Arduino控制器6与上位机3烧录代码进行通讯时，实现通过代码控制动作组；
S31：所述Arduino控制器6控制所述测距传感器Ⅰ201、测距传感器Ⅱ202分别对周围路况进行实时检测，测距传感器Ⅰ201、测距传感器Ⅱ202分别发射信号，通过返回前方障碍物的距离，作为仿蛇形巡检机器人的执行不同的动作的依据；
S32：定义参数：定义动作组执行的自动避障的缓冲距离为S、所述测距传感器Ⅰ201实时测得的返回前方障碍物的距离为测距返回值a、所述测距传感器Ⅱ202实时测得的返回前方障碍物的距离为测距返回值b，判断a、b的大小；
S33：执行动作：所述Arduino控制器6与舵机控制板5进行串口通讯，Arduino控制器6发送命令控制舵机控制板5，进而控制多个舵机1转动不同的角度来执行相应的避障动作。
进一步的，所述步骤S33，具体包括以下子步骤：
S331：若a＜S且b＜S时，舵机控制板5控制多个所述的舵机1转动不同的角度，执行翻越动作；否则转入步骤S332；
S332：若b＜S时，舵机控制板5控制多个所述的舵机1转动不同的角度，执行左转动作；否则转入步骤S333；
S333：若a＜S时，舵机控制板5控制多个所述的舵机1转动不同的角度，执行右转动作；否则转入步骤S334；
S334：否则，Arduino控制器6发送无异常命令给舵机控制板5，舵机控制板5控制多个所述的舵机1随仿蛇形巡检机器人正常运动。
进一步的，所述步骤S32中，动作组执行的自动避障的缓冲距离S为30㎝。
进一步的，所述测距传感器Ⅰ201、测距传感器Ⅱ202均为超声波测距传感器，通过返回前方障碍物的距离，作为仿蛇形巡检机器人的执行不同的动作的依据。
进一步的，所述测距传感器Ⅰ201、测距传感器Ⅱ202左右平行设在仿蛇形巡检机器人的前方。
进一步的，所述上位机3分别与Arduino控制器6、舵机控制板5相连，所述上位机3为PC机。
进一步的，所述上位机3与舵机控制板5之间进行有线无代码通讯，所述上位机3与Arduino控制器6之间进行有线代码通讯。
进一步的，所述舵机1的个数为多个。
本实施例中，舵机控制板与上位机即PC机有线连接，利用相关软件通过下载动作组建立二者之间的通讯关系，精准便捷的控制不同的舵机的转动角度，实现了舵机控制板的基本功能。在实现舵机控制板基本功能下，将其首先与Arduino控制器通过串口建立联系，这样向Arduino控制器烧录代码时，舵机控制板既与Arduino控制器之间进行直接的串口通讯，也通过Arduino控制器与PC机进行通讯，实现了PC机以代码通讯的形式控制舵机控制板。该通讯方式不仅解决了单个Arduino下位机系统控制舵机个数有有限且程序算法复杂的问题，更为重要的是将实现动作组可用代码进行控制。
本实施例中，首先，将舵机控制板与上位机即PC机的电脑进行连接。然后打开与舵机控制板相对应得软件。该舵机控制板可控制32个舵机，可通过标号所示的摇杆来控制舵机的正反转和角度。根据避障所需的不同动作来控制不同的舵机形成动作组，将不同的动作组设计好后下载到舵机控制板中。然后利用舵机控制板的二次开发功能将舵机控制板的Rx、Tx分别与Arduino控制器的Tx、Rx相连，即串口通讯，实现二者的串口通信。PC机编写好程序，测距传感器、舵机等硬件与对应串口相连后将程序烧录进Arduino控制器中。通过测距传感器分别实时传输返回前方障碍物的距离，控制舵机控制板动作组的执行，实现仿蛇形巡检机器人的自动避障功能。代码烧录完成，给舵机控制板和Arduino控制器进行供电，程序开始运行。两个超声波测距传感器发出信号计算测量与前方障碍物的距离，由测距返回值确定此条件下仿蛇形巡检机器人应该执行的动作，通过超声波不断的返回值，不停调整仿蛇形巡检机器人的动作，从而实现仿蛇形巡检机器人的自动避障功能。
综上所述，一种仿蛇形巡检机器人自动避障系统的通讯方法，解决仿蛇形巡检机器人为实现自动避障功能的上位机与下位机如何通讯的问题，使上位机与下位机通讯更加合理，对硬件的控制更加便捷。利用舵机控制板的二次开发功能与Arduino控制器首先建立通讯，使用最少的下位机系统，最简单的程序，实现了仿蛇形巡检机器人的自动避障的功能。
以上显示和描述了本发明的主要特征、基本原理以及本发明的优点。本行业技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会根据实际情况有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (8)
1.一种仿蛇形巡检机器人自动避障系统的通讯方法，其特征在于：该自动避障系统包括舵机（1）、传感器组（2）、上位机（3）和下位机（4），所述上位机（3）与下位机（4）相连，所述下位机（4）分别连接且控制所述舵机（1）、传感器组（2）；
所述传感器组（2）包括测距传感器Ⅰ（201）和测距传感器Ⅱ（202），所述下位机（4）包括相连的舵机控制板（5）和Arduino控制器（6），所述Arduino控制器（6）均与测距传感器Ⅰ（201）、测距传感器Ⅱ（202）相连，所述舵机控制板（5）与舵机（1）相连；
该自动避障系统的通讯方法，包括以下步骤：
S1：采用舵机控制板（5）和Arduino控制器（6）作为下位机（4），下位机（4）分别控制传感器组（2）、舵机（1），上位机（3）控制下位机（4）且记录及储存数据；
S2：所述舵机控制板（5）通过设计动作组与所述上位机（4）进行通讯，所述Arduino控制器（6）通过烧录代码通讯与所述上位机（3）进行通讯，同时所述舵机控制板（5）与Arduino控制器（6）之间进行串口通讯，从而下位机（4）与上位机（3）以间接通讯的方式再次进行通讯；
S3：单个所述的Arduino控制器（6）将设定好的动作组下载进舵机控制板（5）中，所述舵机控制板（5）同时控制多个所述的舵机（1）转动不同的角度；
S31：所述Arduino控制器（6）控制所述测距传感器Ⅰ（201）、测距传感器Ⅱ（202）分别对周围路况进行实时检测，测距传感器Ⅰ（201）、测距传感器Ⅱ（202）分别发射信号，通过返回前方障碍物的距离，作为仿蛇形巡检机器人的执行不同的动作的依据；
S32：定义参数：定义动作组执行的自动避障的缓冲距离为S、所述测距传感器Ⅰ（201）实时测得的返回前方障碍物的距离为测距返回值a、所述测距传感器Ⅱ（202）实时测得的返回前方障碍物的距离为测距返回值b，判断a、b的大小；
S33：执行动作：所述Arduino控制器（6）与舵机控制板（5）进行串口通讯，Arduino控制器（6）发送命令控制舵机控制板（5），进而控制多个舵机（1）转动不同的角度来执行相应的避障动作。
2.根据权利要求1所述的一种仿蛇形巡检机器人自动避障系统的通讯方法，其特征在于：所述步骤S33，具体包括以下子步骤：
S331：若a＜S且b＜S时，舵机控制板（5）控制多个所述的舵机（1）转动不同的角度，执行翻越动作；否则转入步骤S332；
S332：若b＜S时，舵机控制板（5）控制多个所述的舵机（1）转动不同的角度，执行左转动作；否则转入步骤S333；
S333：若a＜S时，舵机控制板（5）控制多个所述的舵机（1）转动不同的角度，执行右转动作；否则转入步骤S334；
S334：否则，Arduino控制器（6）发送无异常命令给舵机控制板（5），舵机控制板（5）控制多个所述的舵机（1）随仿蛇形巡检机器人正常运动。
3.根据权利要求1所述的一种仿蛇形巡检机器人自动避障系统的通讯方法，其特征在于：所述步骤S32中，动作组执行的自动避障的缓冲距离S为30㎝。
4.根据权利要求1所述的一种仿蛇形巡检机器人自动避障系统的通讯方法，其特征在于：所述上位机（3）分别与Arduino控制器（6）、舵机控制板（5）相连，所述上位机（3）为PC机。
5.根据权利要求1所述的一种仿蛇形巡检机器人自动避障系统的通讯方法，其特征在于：所述上位机（3）与舵机控制板（5）之间进行有线无代码通讯，所述上位机（3）与Arduino控制器（6）之间进行有线代码通讯。
6.根据权利要求1所述的一种仿蛇形巡检机器人自动避障系统的通讯方法，其特征在于：所述舵机（1）的个数为多个。
7.根据权利要求1所述的一种仿蛇形巡检机器人自动避障系统的通讯方法，其特征在于：所述测距传感器Ⅰ（201）、测距传感器Ⅱ（202）均为超声波测距传感器。
8.根据权利要求1所述的一种仿蛇形巡检机器人自动避障系统的通讯方法，其特征在于：所述测距传感器Ⅰ（201）、测距传感器Ⅱ（202）左右平行设在仿蛇形巡检机器人的前方。
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