CN205068155U - 一种轮式移动机器人运动控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种轮式移动机器人运动控制系统，其特征在于包括了远程控制系统和车载控制系统，所述的远程控制系统由远程控制端和无线数传模块组成，所述远程控制端与无线数传模块连接，所述车载控制系统由通讯模块、控制模块、激光避障模块、供电模块、驱动转向模块组成，远程控制系统通过无线数传模块将控制指令发送给车载控制系统，车载控制系统在接收指令之后对其进行解析，同时结合机器人上的传感器所采集到的环境数据，进而控制各个驱动电机进行转动；车载控制系统同时也把反馈的信息通过无线数传模块传送给远程控制系统，以便遥操作人员进行实时监控，本实用新型可以使轮式移动机器人具有较强的驱动能力、较高的运动控制精度以及较好的自主避障能力。

Description

一种轮式移动机器人运动控制系统

技术领域

本实用新型涉及一种运动控制系统，特别涉及一种轮式移动机器人运动控制系统。

背景技术

在现代科学技术日益发达的今天，机器人已经成为人类的一种新型的生产工具和辅助工具，它在日常生活的很多方面都得到了应用，正逐步发挥着越来越重要的作用，并且它在减轻人类的劳动强度，提升人类的生产效率等方面显示了极大的优越性。然而，现有的很多轮式移动机器人驱动能力较弱，运动控制精度较差，无法实现自主避障，不能满足一些对驱动能力、控制精度和智能化要求较高的场合。

实用新型内容

本实用新型目的是解决现有轮式移动机器人在驱动能力、控制精度和自主避障上的不足，深入发掘轮式移动机器人的运动潜力，扩宽其应用范围。本实用新型结构简单、设计合理，便于产业化推广应用。

本实用新型通过以下技术方案实现：

一种轮式移动机器人运动控制系统由远程控制系统和车载控制系统组成，所述的远程控制系统由远程控制端和无线数传模块组成，所述远程控制端与无线数传模块连接，且无线数传模块设置有天线，所述车载控制系统由通讯模块、控制模块、激光避障模块、供电模块、驱动转向模块组成，所述通讯模块包括无线数传模块及与无线数传模块连接的天线，所述控制模块包括工控机及设置在工控机上的运动控制卡，所述驱动转向模块包括依次连接的编码器、驱动器、电机、减速箱、车轮，所述通讯模块的无线数传模块与控制模块的工控机连接，所述运动控制卡与驱动器连接，所述控制模块还与激光避障模块和供电模块连接。

所述的远程控制系统由一台带有触摸屏显示器和无线数传模块的PC机来实现。

所述的供电模块选用24V锂电池组和24V转5V(DC-DC)模块来实现。

所述的控制模块选用运动控制卡作为微控制器，并将其插入工控机的PCI插槽中，实现对机器人四套驱动装置的精确控制。

所述的通讯模块选用无线通讯方式。远程控制系统通过无线数传模块将控制指令发送给车载控制系统；车载控制系统也通过无线数传模块将需要反馈的信息如自身的位姿或运行状态反馈给远程控制系统。

所述的驱动转向模块选用四轮驱动、差速转向方式。机器人的四个轮子均为驱动轮，这样可提升机器人的驱动能力。当四个轮子速度相同时，机器人直线行驶，当左右轮速度不相同时，机器人实现转向。

所述的避障模块选用激光避障方式，机器人利用自身所安装的激光测距仪来寻找最优避障方向，从而实现自主避障。

所述的运动控制卡选用固高科技四轴运动控制卡，具体型号为：GTS-400-PV-PCI。

所述的驱动装置由电机、驱动器、减速箱和编码器构成。电机选择maxon直流伺服有刷电机，驱动器选择coply直流驱动器，减速箱的减速比选择111:1。

所述的无线数传模块选用技卓科技小功率无线数传模块，具体型号为：JZ877。

所述的激光测距仪选用北阳公司生产的2D激光测距仪，具体型号为：UBG-04LX-F01。

采用上述技术方案，本实用新型提供的一种轮式移动机器人运动控制系统，具有如下有益效果：(1)选用四轴运动控制卡作为微控制器，同时控制四套驱动装置，可以显著提升轮式移动机器人的控制精度；(2)远程控制系统和车载控制系统之间通过无线数传模块进行数据传输，信号抗干扰性强，易于维护；(3)用户可以通过远程控制系统监控机器人的运行状态，并对其进行操作，尤其是机器人在较恶劣的环境下工作时，该控制方式实用性更强；(4)机器人的四个轮子均为驱动轮，大大的提升了机器人的驱动能力；(5)选用激光避障方式，由于激光的精度高、抗干扰能力强，使得机器人自主避障更加易于实现；(6)运动控制系统选用模块化设计，用户可以根据需求来定制软硬件模块，适用性更强。

附图说明

图1为本实用新型一种轮式移动机器人运动控制系统的系统设计框图；

图2为本实用新型一种轮式移动机器人运动控制系统所述的四轮驱动转向示意图；

图3为本实用新型一种轮式移动机器人运动控制系统所述的激光避障示意图。

具体实施方式

为方便本领域的技术人员了解本实用新型的技术内容，下面结合附图及实施例对本实用新型做进一步的详细说明。

如图1所示，本实用新型一种轮式移动机器人运动控制系统，包括远程控制系统1和车载控制系统2，其中所述的远程控制系统1由远程控制端和无线数传模块组成，所述远程控制端与无线数传模块连接，且无线数传模块设置有天线，所述车载控制系统2由通讯模块5、控制模块4、激光避障模块7、供电模块3、驱动转向模块6组成，所述通讯模块5包括无线数传模块及与无线数传模块连接的天线，所述控制模块4包括工控机及设置在工控机上的运动控制卡，所述驱动转向模块6包括依次连接的编码器、驱动器、电机、减速箱、车轮，所述通讯模块5的无线数传模块与控制模块的4工控机连接，所述运动控制卡与驱动器连接，所述控制模块4还与激光避障模块7和供电模块3连接。

如图2所示，本实用新型一种轮式移动机器人运动控制系统所述的四轮驱动转向示意图。本实用新型所述的移动机器人本体12采用四轮独立驱动（左前轮8、左后轮9、右前轮10和右后轮11均为驱动轮），差速转向方式。当机器人本体12在水平地面上行驶时，忽略机器人本体12各轮子与地面之间的相对运动，即不打滑，其主要受到滚动摩擦力矩的作用。

机器人本体12的长度为M，宽度为L，机器人本体12的中心从C₁运动到C₂点。为左前轮8向前的速度，为右前轮10向前的速度，为左前轮8的绝对速度，为右前轮10的绝对速度，为左前轮8在车宽方向的滑移速度，为右前轮10在车宽方向的滑移速度。当时，，此时机器人本体12沿直线行驶；当时，，此时机器人本体12进行转向。

如图3所示，本实用新型一种轮式移动机器人运动控制系统所述的激光避障示意图。建立直角坐标系，O点为激光测距仪7的位置，即激光测距仪7安装在机器人本体12的正前方中点位置，机器人要想到达目标位置13，需要避过障碍物14和障碍物15。

本实用新型所述的激光测距仪7的最大扫描范围为4m，角度分辨率为0.36°，将机器人12正前方180°按照每个区间3.6°进行划分（为了绘图简便，图3中每个区间为10°），一共可以划分50个区间，每个区间包含了激光测距仪的11个距离数据（前一个区间的最后一个距离数据作为本区间的第一个距离数据）；找出每个区间中11个距离数据的最小值，并将该最小值与预先设置的阈值R(R<4m)进行比较，若该最小值小于R，则表明该区间有障碍物，若该最小值大于等于R，则表明该区间无障碍物，即该区间为可行区间；将所有相邻的可行区间进行合并，来构成可行扇区，则共构成3个可行扇区：扇区16、扇区17和扇区18；由于扇区16过小，机器人无法通过，所以扇区16为无效扇区，予以舍去；当机器人通过扇区18避障时，避障后的位置将偏离目标位置13，而当机器人通过扇区17进行避障时，避障后的位置接近目标位置13；因此，取扇区17的角平分线OC为机器人本体12的最优避障方向。

上述实施例仅为本实用新型的最佳实施例，其描述较为具体和详细，但并非用以限制本实用新型。应该指出的是，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些显而易见的替换形式均属于本实用新型的保护范围。

Claims (7)

1.轮式移动机器人运动控制系统，包括远程控制系统和车载控制系统，其特征在于：所述的远程控制系统由远程控制端和无线数传模块组成，所述远程控制端与无线数传模块连接，且无线数传模块设置有天线，所述车载控制系统由通讯模块、控制模块、激光避障模块、供电模块、驱动转向模块组成，所述通讯模块包括无线数传模块及与无线数传模块连接的天线，所述控制模块包括工控机及设置在工控机上的运动控制卡，所述驱动转向模块包括依次连接的编码器、驱动器、电机、减速箱、车轮，所述通讯模块的无线数传模块与控制模块的工控机连接，所述运动控制卡与驱动器连接，所述控制模块还与激光避障模块和供电模块连接。

2.根据权利要求1所述的轮式移动机器人运动控制系统，其特征在于：所述的远程控制系统由一台带有触摸屏显示器和无线数传模块的PC机来实现。

3.根据权利要求1所述的轮式移动机器人运动控制系统，其特征在于：所述的供电模块选用24V锂电池组和24V转5V模块来实现。

4.根据权利要求1所述的轮式移动机器人运动控制系统，其特征在于：所述的控制模块选用运动控制卡作为微控制器，并将其插入工控机的PCI插槽中，实现对机器人四套驱动装置的精确控制。

5.根据权利要求1所述的轮式移动机器人运动控制系统，其特征在于：所述的通讯模块选用无线通讯方式。

6.根据权利要求1所述的轮式移动机器人运动控制系统，其特征在于：所述的驱动转向模块选用四轮驱动、差速转向方式，即机器人四个轮子均为驱动轮。

7.根据权利要求1所述的轮式移动机器人运动控制系统，其特征在于：所述的避障模块采用激光避障方式。