CN202870624U

CN202870624U - 履带式建筑能效数据采集机器人及其控制系统

Info

Publication number: CN202870624U
Application number: CN2012204973139U
Authority: CN
Inventors: 孙富康; 方潜生; 路云飞; 张凯; 赵鲜华; 孙凯廷
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-09-25
Filing date: 2012-09-25
Publication date: 2013-04-10
Anticipated expiration: 2022-09-25

Abstract

本实用新型涉及建筑能效数据采集技术领域，具体是涉及一种履带式建筑能效数据采集机器人及其控制系统。包括控制室盒体、置于控制室盒体两侧的履带，履带内侧两端设有主、从动轮，两个主动轮分别通过一个直流电机控制其旋转；所述控制室盒体内设有陀螺仪、加速度计，以及连接主动轮的两个车速传感器。本实用新型履带式建筑能效数据采集机器人及其控制系统，采用ARM系统的设计方案，使用陀螺仪、加速度和转速等传感器，并结合无线传感器网络的RSSI技术实现机器人的行驶和定位功能。在室内环境中通过无线传感器网络和惯性导航系统联合定位，到达目标位置采集无线传感器结点信息，最终实现建筑物内部的建筑能效数据采集任务。

Description

履带式建筑能效数据采集机器人及其控制系统

技术领域

本实用新型涉及建筑能效数据采集技术领域，具体是涉及一种履带式建筑能效数据采集机器人及其控制系统。

背景技术

既有建筑的节能改造是我国建筑节能工作的重点内容之一，检测既有建筑的围护结构热工特性、室内温湿度和光照度等信息是评价既有建筑能效指标的主要手段，也为既有建筑的节能改造直接提供数据支持。

实用新型内容

针对现有技术中存在的技术问题，本实用新型提供了一种履带式建筑能效数据采集机器人及其控制系统。

为了实现上述目的，采用的技术方案如下：

履带式建筑能效数据采集机器人，其特征在于，包括控制室盒体、置于控制室盒体两侧的履带，履带内侧两端设有主、从动轮，两个主动轮分别通过一个直流电机控制其旋转；所述控制室盒体内设有陀螺仪、加速度计，以及连接主动轮的两个车速传感器。

优选地，所述控制室盒体的材质为ABS工程塑料。

进一步，所述机器人的尺寸为600mm×450mm×300mm。

履带式建筑能效数据采集机器人的控制系统，其特征在于，所述控制室盒体内设有处理器，所述处理器信号输入端分别与陀螺仪、加速度计和车速传感器连接；所述处理器通过电机驱动对直流电机进行控制；所述处理器与行驶定位控制模块交互连接。

较为完善的是，还设有电源模块，所述电源模块包括电机驱动电源和控制器驱动电源，所述包括电机驱动电源提供直流电机工作电压，所述控制器驱动电源提供处理器、加速度计、行驶定位控制模块和车速传感器工作电压。

本实用新型履带式建筑能效数据采集机器人及其控制系统，采用ARM系统的设计方案，使用陀螺仪、加速度和转速等传感器，并结合无线传感器网络的RSSI技术实现机器人的行驶和定位功能。在室内环境中通过无线传感器网络和惯性导航系统联合定位，到达目标位置采集无线传感器结点信息，最终实现建筑物内部的建筑能效数据采集任务。

附图说明

为了便于本领域技术人员理解，下面结合附图对本实用新型作进一步的说明。

图1是采集机器人的结构示意图。

图2是采集机器人的侧视图。

图3是采集机器人控制系统的结构图。

图4是惯性导航系统结构图。

具体实施方式

请参阅图1和2，履带式建筑能效数据采集机器人，包括控制室盒体1、置于控制室盒体1两侧的履带3，履带3内侧两端设有主动轮4和从动轮5，两个主动轮4分别通过一个直流电机2控制其旋转，控制室盒体1的材质为ABS工程塑料，机器人的尺寸优选为600mm×450mm×300mm。

控制室盒体内设有处理器、陀螺仪、加速度计，以及连接主动轮的两个车速传感器。请参阅图3，处理器信号输入端分别与陀螺仪、加速度计和车速传感器连接，处理器通过电机驱动对直流电机进行控制，处理器与行驶定位控制模块交互连接。电源模块包括电机驱动电源和控制器驱动电源，包括电机驱动电源提供直流电机工作电压。控制器驱动电源提供处理器、加速度计、行驶定位控制模块和车速传感器工作电压。

处理器选用ARM11芯片S3C6410，S3C6410是三星公司生产的一片16位RISCARM11处理器芯片。S3C6410包含TFT24位真彩色液晶显示控制器、系统管理器(电源管理等)、4通道UART、32通道DMA、4通道定时器、通用的I/O端口、IIS总线接口、IIC总线接口、USB主设备、高速多媒体卡接口和用于产生时钟的PLL。

电机驱动，其电路采用H桥控制电路，电机调速采用PWM方式。电机驱动电路中的H桥电路使用4个N沟道IRF3205MOSFET搭建。电机控制电路与控制系统中的其他电路相隔离，使用不同的电源。

陀螺仪，霍尼韦尔公司生产的HMC5883L，HMC5883L是一种弱磁传感器芯片，可广泛应用于低成本罗盘和磁场检测领域，能使罗盘精度控制在1-2°。

加速度计，采用FreeScale公司生产的一款三轴加速度计芯片MMA7261QT，MMA7261QT采用了信号调理、单极低通滤波器和温度补偿技术，并且提供4个量程可选，分别是2.5g、3.3g、6.7g和10g。

车速传感器，采用AB相增量型旋转编码器，该增量型旋转编码器每转400个脉冲，最大机械转速10000转/分，响应频率最大为20KHz。

直流电机，采用12V/40W减速直流电机。

电源模块包括一个12V6800mAh锂电池和一个7.2V4400mAh锂电池，12V锂电池为两个直流电机提供电源，7.2V锂电池为直流电机以外的控制芯片和电路提供电源。

本实用新型植入了RSSI技术与惯性导航系统，即结合了无线传感器网络的RSSI技术，从而实现机器人的行驶和定位功能。在室内环境中通过无线传感器网络和惯性导航系统联合定位，到达目标位置采集无线传感器结点信息，最终实现建筑物内部的建筑能效数据采集任务。

1、RSSI，即Received Signal Strength Indication，是通过接收到的信号强弱测定信号点与接收点的距离，进而根据相应数据进行定位计算的一种定位技术。在无线通讯领域，信号传输距离在实际测量中模型如下：

RSSI＝-(10nlgd+A)

式中，A为射频参数，n为信号传输常数，d为距发射节点的距离。

在计算时，A和n的取值是一个重要的问题。A和n的取值不同，对测距的误差影响很大。实际测算RSSI数值时，为了使模型能够尽量真实地反映出无线信号在当前空间环境中的传播特性，需要对A和n进行优化，得到最适合该室内环境情况的参数值。

应用RSSI技术定位包括三个流程：首先，采集RSSI数值；其次，根据信号传播模型和RSSI数值计算距离；最终，结合距离参数进行定位计算。

目前，RSSI的数值可以依靠芯片自身的功能获取，如美国TI公司生产的CC2431就可依靠芯片中植入的ZIGBEE协议来获取RSSI强度数值。

CC2431是美国TI公司生产的一款系统芯片(SoC)芯片。CC2431整合了ZigBee射频(RF)前端、内存和微控制器。CC2431使用1个8位MCU(8051)，具有128KB可编程闪存和8KB的RAM，还包含模拟数字转换器、定时器、AES128协同处理器、看门狗定时器、32kHz晶振的休眠模式定时器、上电复位电路、掉电检测电路，以及21个可编程I/O引脚。与CC2430相比较，CC2431具有一个基于IEEE802.15.4的无线定位引擎；采用该引擎可以实现0.25米的定位分辨率和3米左右的定位精度。

2、惯性导航系统(INS)，请参阅图4，它是一种不依赖于外部信息、也不向外部辐射能量的自主式导航系统。在惯性导航系统中，陀螺仪给出航向和姿态角，加速度计用来测量运动体的加速度。

以上内容仅仅是对本实用新型结构所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离实用新型的结构或者不超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本实用新型的保护范围。

Claims

1.履带式建筑能效数据采集机器人，其特征在于，包括控制室盒体、置于控制室盒体两侧的履带，履带内侧两端设有主、从动轮，两个主动轮分别通过一个直流电机控制其旋转；所述控制室盒体内设有陀螺仪、加速度计，以及连接主动轮的两个车速传感器。

2.根据权利要求1所述的履带式建筑能效数据采集机器人，其特征在于，所述控制室盒体的材质为ABS工程塑料。

3.根据权利要求1所述的履带式建筑能效数据采集机器人，其特征在于，所述机器人的尺寸为600mm×450mm×300mm。

4.如权利要求1所述的履带式建筑能效数据采集机器人的控制系统，其特征在于，所述控制室盒体内设有处理器，所述处理器信号输入端分别与陀螺仪、加速度计和车速传感器连接；所述处理器通过电机驱动对直流电机进行控制；所述处理器与行驶定位控制模块交互连接。

5.根据权利要求4所述的履带式建筑能效数据采集机器人的控制系统，其特征在于，还设有电源模块，所述电源模块包括电机驱动电源和控制器驱动电源，所述包括电机驱动电源提供直流电机工作电压，所述控制器驱动电源提供处理器、加速度计、行驶定位控制模块和车速传感器工作电压。