CN204832877U - 自动装夹机器平台 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种自动装夹机器平台，包括底盘，底盘两侧分别设置有第一主动轮与第二主动轮，底盘底面设置有一从动轮，从动轮前端设置有巡线传感器，底盘上表面固定有12V电源开关、24V电源开关、启动开关、第一直流电机、第二直流电机、电源、电机驱动板、主控制板、传感器信号处理板；电机驱动板、传感器信号处理板均与主控制板相连，第一直流电机、第二直流电机均与电机驱动板相连。本实用新型提供的自动装夹机器平台能够通过操作按键板控制机器人的各种运动，并提供了充足的I/O接口，参赛队可以根据大赛任务的要求，在此平台上进一步设计制作各种抓取、投放机构，利用机器人平台提供的主控制板实现整体机器人的控制。

Description

自动装夹机器平台

技术领域

本实用新型涉及智能机器人领域，特别是一种自动装夹机器平台。

背景技术

随着科学技术的发展，机器人领域空前活跃，国际上也有越来越多的机器人大赛，比赛场地一般是在固态的场地上设定一些规则线，玩法也一般以体育竞技为主。然而，随着机器人的敏感度，灵活度的提高，应用范围的扩大，现有的比赛场地太过于单调，玩法也太简单。人们期待更加高端的比赛场地，同时也需要相适应的机器人平台。

发明内容

有鉴于此，本实用新型的目的是提供一种自动装夹机器平台，更加智能化，能够满足用户对多功能机器人平台的需求。

本实用新型采用以下方案实现：一种自动装夹机器平台，包括底盘，所述底盘两侧分别设置有第一主动轮与第二主动轮，所述底盘底面设置有一从动轮，所述从动轮前端设置有巡线传感器，所述底盘上表面固定有12V电源开关、24V电源开关、启动开关、用以驱动第一主动轮的第一直流电机、用以驱动第二主动轮的第二直流电机、电源、电机驱动板、主控制板、传感器信号处理板；所述的电机驱动板、传感器信号处理板均与所述的主控制板相连，所述的第一直流电机、第二直流电机均与所述的电机驱动板相连。

进一步的，所述的底盘包括若干块垂直叠放的铝板以及用以固定支撑所述铝板的铝合金框架。

进一步的，所述电源包括三节铅酸电池，其中两节铅酸电池串联用以给电机驱动板供电，另外一节铅酸电池用以给主控制板与传感器信号处理板供电。

进一步的，所述的巡线传感器为包括一排若干个水平设置的LED发射管，每个LED发射管对应设置有一光敏电阻。

进一步的，还包括设置于底盘上的红外传感器、接近传感器、超声传感器，所述的红外传感器、接近传感器、超声传感器均与主控制板相连。

进一步的，所述主控制板包括单片机以及与其相连的传感器接口电路、启动开关接口电路、电机控制接口电路、非调速电机接口电路、扩展对外接口电路、程序下载接口电路、电源接口电路、PWM控制电路、电机方向控制电路。

进一步的，所述的传感器信号处理板包括用以采集传感器信号的信号采集模块，所述信号采集模块的输出端依次经一信号放大模块、信号比较模块、稳压模块、电压反向模块连接至一驱动模块的输入端，所述驱动模块的输出端连接至发光二极管与所述主控制板。

进一步的，所述的电机驱动板包括用以接收主控制板信号的控制信号插座、24V电源插座、第一直流电机输出插座、第二直流电机输出插座、电机驱动电路。

进一步的，所述的电机驱动电路包括用以接收主控制板发出的PWM信号的MOS管驱动电路、所述的MOS管驱动电路依次经MOS管、用以接收主控制板发出的方向信号的继电器输出电路连接至直流电机输出插座。

本实用新型提供的自动装夹机器平台能够通过操作按键板控制机器人的各种运动，并提供了充足的I/O接口，参赛队可以根据大赛任务的要求，在此平台上进一步设计制作各种抓取、投放机构，利用机器人平台提供的主控制板实现整体机器人的控制。

附图说明

图1为本实用新型的整体框图。

图2为本实用新型实施例中的传感器接口电路示意图。

图3为本实用新型实施例中4通道输入接口电路图。

图4为本实用新型实施例中传感器信号处理板原理框图。

图5为本实用新型实施例中一路传感器信号放大电路。

图6为本实用新型实施例中信号比较模块的电路图。

图7为本实用新型实施例中电机驱动电路的原理框图。

图8为本实用新型实施例中左轮电机驱动电路示意图。

图9为本实用新型实施例中继电器输出电路示意图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本实用新型做进一步说明。

如图1所示，本实施例提供了一种自动装夹机器平台，包括底盘，所述底盘两侧分别设置有第一主动轮与第二主动轮，所述底盘底面设置有一从动轮，所述从动轮前端设置有巡线传感器，所述底盘上表面固定有12V电源开关、24V电源开关、启动开关、用以驱动第一主动轮的第一直流电机、用以驱动第二主动轮的第二直流电机、电源、电机驱动板、主控制板、传感器信号处理板；所述的电机驱动板、传感器信号处理板均与所述的主控制板相连，所述的第一直流电机、第二直流电机均与所述的电机驱动板相连。较佳地，所述的巡线传感器用于探测地面白条的位置，探测后把相关数据传给控制装置（主控制板）。

在本实施例中，在本实施例中，两个主动轮为金属铝芯，外包三根O型圈，能够完成向前直走，向后转弯，左转，右转等这些平地上的技术动作。从动轮，和两只主动轮形成三角支撑着机器人的身体，从动轮随着主动轮的方向改变自己的方向。众所周知，三点支撑结构是最稳定的结构，从动轮和两个主动轮形成了一个稳定的支撑结构。所述的第一直流电机与第二直流电机均为额定电压24VDC、150转/分、70W的功率直流减速电机。

在本实施例中，所述的底盘包括若干块垂直叠放的铝板以及用以固定支撑所述铝板的铝合金框架。机器人平台的框架使用了铝合金型材制成，参赛队可以很方便地利用配备的专用螺母将设计的上部机构安装在平台上。同时机器人平台上铺设了5块4mm厚的铝板，参赛队可以根据自己的需要在这些铝板上打孔，用于固定安装上部机构，若需要这些铝板，参赛队可以自行卸下，以减轻整体重量。

在本实施例中，所述电源包括三节铅酸电池，其中两节铅酸电池串联用以给电机驱动板供电，另外一节铅酸电池用以给主控制板与传感器信号处理板供电。电池充满电压可以达到13V，额定工作电压12V。其中一节电池专门给主控制板和传感器信号处理板供电，另2节电池串联成24V，给电机驱动板供电，用于驱动机器人上的各种电机，为了提高整体的抗干扰性能，12V和24V的电池不要共地。电池可重复充电1000次以上。

在本实施例中，所述的巡线传感器为包括一排若干个水平设置的LED发射管，每个LED发射管对应设置有一光敏电阻。较佳的，所述的巡线传感器也可以为红外巡线传感器。本实施例自动机器人平台底部安装了16路巡线传感器，可以可靠地探测到地面白条以及白条的十字交叉点。光源发射部分采用了16个高亮LED发射管，用16个光敏电阻接受地面反射回来的光线，输出插座连接传感器信号处理板的信号采集模块。

在本实施中，还包括设置于底盘上的红外传感器、接近传感器、超声传感器，所述的红外传感器、接近传感器、超声传感器均与主控制板相连。

在本实施例中，所述主控制板包括单片机以及与其相连的传感器接口电路、启动开关接口电路、电机控制接口电路、非调速电机接口电路、扩展对外接口电路、程序下载接口电路、电源接口电路、PWM控制电路、电机方向控制电路。

在本实施例中，所述的单片机为STC12C5A60S2芯片，启动开关接口电路连接面板上开关，电机控制接口电路连接驱动板上的控制信号控制插座，程序下载接口用于程序的在线下载，8通道传感器输入接口可以用于连接8个NPN型传感器，非调速电机输出接口电路用于上部机构各种电机的控制，传感器接口电路用于连接传感器信号处理板，较佳地，如图2所示，在本实施例中，传感器接口电路主要用于接收16路巡线传感器信号，在图中为了减少对单片机端口的占用，使用了2片74HC245总线驱动电路构成对单片机P2口的复用，用单片机P4.4口的信号加以控制。当P4.4为低电平时，P2口接收到的是16路传感器的低8位信号QQ0-QQ7，当P4.4为高电平时，P2口接收到的是16路传感器的高8位信号QQ8-QQ15。

在本实施例中，8通道传感器输入接口电路用于连接光电、接近或者超声传感器等，可以让参赛队在整体设计机器人时，充分利用各种传感器探测外部信息，其中4通道输入接口电路图如图3所示。图中，展示了4路传感器输入接口，输入信号使用了单片机的P0.0-P0.3口，插座J8-J11分别接4个不同传感器，传感器直接使用市场现有的成熟产品，主要有红外传感器与接近开关，在机器人中，主要用来探测四周是否存在障碍或者是否到达预定物体附近，其最大探测距离根据所用型号的不同，红外传感器有30cm、1m、2m多种；接近开关，主要用在机器人上探测一些运动部件是否到位，探测距离一般在5mm以下。传感器上有3根引线，分别接J8-J11的3个引脚。需要注意的是：使用的传感器必须是NPN型，工作电压在6V-36V之间。该电路均为低电平有效，即传感器探测到目标时，反相器输出端即单片机的P0-P3脚为低电平信号，否则为高电平。本实施例的主控制板上设置了8个非调速电机输出接口，可以用来控制4个正反转直流电机或者8个单向运转直流电机。

在本实施例中，如图4所示，所述的传感器信号处理板包括用以采集传感器信号的信号采集模块，所述信号采集模块的输出端依次经一信号放大模块、信号比较模块、稳压模块、电压反向模块连接至一驱动模块的输入端，所述驱动模块的输出端连接至发光二极管与所述主控制板。

较佳的，在本实施例中，所述信号放大模块使用了16路信号放大电路，第一路传感器信号放大电路如图5所示，剩下的15路均与第一路相同。图5中，Q₀为单路传感器输入信号，数值很小，若巡线传感器在地面白条上，大约在0.9V左右；若巡线传感器不在地面白条上，数值大约在0.3V左右，此信号输入到由运放LM324组成的同相放大电路，调节电位器RW1可以改变整个放大电路的放大倍数（实际电路中，RL使用了阻值1KΩ的排阻），即调节了放大电路输出的QQ₀。若Q₀为地面白条反射的有效信号，通过调节RW1，使QQ₀的电压输出为9.5V-10V左右，若Q₀为地面背景反射的信号，根据地面背景的颜色以及光滑程度，QQ₀大致在4-6V左右，越低越好。

较佳的，在本实施例中，所述信号比较模块的电路图如图6所示，图中用LM324运放连接成一个电压比较器，反相输入端为信号放大电路的输出QQ₀，比较器的同相端接基准电压QV₀，当传感器检测到地面白条时，QQ₀电压大约为9.5V-10V左右，比较器输出低电平，接近于0V，通过反相器使得QA₀输出为5V；若传感器检测的是地面背景，QQ₀电压大约为4-6V左右，比较器输出高电平，接近于12V，通过4.5V的稳压管，使得反相器输入端为4.5V左右的高电压，反相器输出QA₀为0V左右。

进一步的，所述的电机驱动板包括用以接收主控制板信号的控制信号插座、24V电源插座、第一直流电机输出插座、第二直流电机输出插座、电机驱动电路。电机驱动板接受主控制板发来的电机PWM脉宽调制信号和方向信号，驱动机器人平台上的2个24V直流减速电机。利用PWM信号占空比的不同，来控制电机的不同转速；利用方向信号，控制直流电机的正反转，从而实现机器人平台的前进、后退和转弯。

在本实施例中，如图7所示，所述的电机驱动电路包括用以接收主控制板发出的PWM信号的MOS管驱动电路、所述的MOS管驱动电路依次经MOS管、用以接收主控制板发出的方向信号的继电器输出电路连接至直流电机输出插座。

其中，本电路板设置了2路MOS管驱动电路，分别用来驱动左轮和右轮电机，左轮电机驱动电路如图8所示。本电路采用了IR2110功率驱动集成芯片，该芯片是一种双通道、栅极驱动、高压高速功率器件的单片式集成驱动模块，可靠性很高。IR2210输入信号为主控制器送出的PWM脉宽信号，其输出直接控制75N75MOS管的通断。

较佳地，继电器输出电路如图9所示，图中，LO1和LO2接直流电机，LDIR为主控制板发出的左电机方向控制信号，通过三极管控制继电器的常开触点是否动作，当LDIR为低电平时，继电器常开触点未动作，直流电机正转；当LDIR为高电平时，继电器常开触点闭合，直流电机反转；使用了继电器电路而不是采用一般的MOS管桥式电路作为电机正反转控制电路，主要是在实际比赛中，对于频繁进行启动、停止以、正反转运行、与对方发生冲撞的机器人来说，继电器电路更加可靠安全。

值得一提的是，以上仅为本实用新型实施例中一个较佳的实施方案。但是，本实用新型并不限于上述实施方案，凡按本实用新型方案所做的任何均等变化和修饰，所产生的功能作用未超出本方案的范围时，均属于本实用新型的保护范围。

Claims (9)

1.一种自动装夹机器平台，其特征在于：包括底盘，所述底盘两侧分别设置有第一主动轮与第二主动轮，所述底盘底面设置有一从动轮，所述从动轮前端设置有巡线传感器，所述底盘上表面固定有12V电源开关、24V电源开关、启动开关、用以驱动第一主动轮的第一直流电机、用以驱动第二主动轮的第二直流电机、电源、电机驱动板、主控制板、传感器信号处理板；所述的电机驱动板、传感器信号处理板均与所述的主控制板相连，所述的第一直流电机、第二直流电机均与所述的电机驱动板相连。

2.根据权利要求1所述的一种自动装夹机器平台，其特征在于：所述的底盘包括若干块垂直叠放的铝板以及用以固定支撑所述铝板的铝合金框架。

3.根据权利要求1所述的一种自动装夹机器平台，其特征在于：所述电源包括三节铅酸电池，其中两节铅酸电池串联用以给电机驱动板供电，另外一节铅酸电池用以给主控制板与传感器信号处理板供电。

4.根据权利要求1所述的一种自动装夹机器平台，其特征在于：所述的巡线传感器为包括一排若干个水平设置的LED发射管，每个LED发射管对应设置有一光敏电阻。

5.根据权利要求1所述的一种自动装夹机器平台，其特征在于：还包括设置于底盘上的红外传感器、接近传感器、超声传感器，所述的红外传感器、接近传感器、超声传感器均与主控制板相连。

6.根据权利要求1所述的一种自动装夹机器平台，其特征在于：所述主控制板包括单片机以及与其相连的传感器接口电路、启动开关接口电路、电机控制接口电路、非调速电机接口电路、扩展对外接口电路、程序下载接口电路、电源接口电路、PWM控制电路、电机方向控制电路。

7.根据权利要求1所述的一种自动装夹机器平台，其特征在于：所述的传感器信号处理板包括用以采集传感器信号的信号采集模块，所述信号采集模块的输出端依次经一信号放大模块、信号比较模块、稳压模块、电压反向模块连接至一驱动模块的输入端，所述驱动模块的输出端连接至发光二极管与所述主控制板。

8.根据权利要求1所述的一种自动装夹机器平台，其特征在于：所述的电机驱动板包括用以接收主控制板信号的控制信号插座、24V电源插座、第一直流电机输出插座、第二直流电机输出插座、电机驱动电路。

9.根据权利要求7所述的一种自动装夹机器平台，其特征在于：所述的电机驱动电路包括用以接收主控制板发出的PWM信号的MOS管驱动电路、所述的MOS管驱动电路依次经MOS管、用以接收主控制板发出的方向信号的继电器输出电路连接至直流电机输出插座。