CN206096840U - 一种智能送餐机器人控制系统结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种采用智能送餐机器人的控制系统结构，该结构包括ARM平板电脑子系统、电机控制子系统、传感器信号采集子系统、电池电源管理子系统、激光雷达子系统和UWB定位子系统，上述子系统通过CAN总线连接为一个分布式控制系统，并以ARM平板电脑作为主控系统，采用独立的电机闭环控制系统，在其他系统发生异常时此系统也能保证正常运行，这大大提高了电机控制的精度以及平稳性，并且提高了机器人整体运行的安全性，同时采用激光雷达、UWB、IMU和里程计相结合的方式，从而实现机器人运行过程中的高精度定位。

Description

一种智能送餐机器人控制系统结构

技术领域

本实用新型属于机器人控制技术领域，具体涉及一种送餐机器人控制系统结构。

背景技术

随着科技发展，现代化进程加快，人们对于摆脱简单、重复、低技术含量劳动的需求增多，机器人逐渐走入人们生活之中来帮助完成相应的工作。现在的餐饮行业是典型的劳动密集型行业，工作繁重，强度大，重复性高，效率低下。为了解决上述问题，很多餐饮企业选择用智能机器人来代替人工。送餐机器人能够催生餐厅经营新模式，餐厅利用先进技术提高服务效率、增加餐厅就餐的趣味性，相比较而言送餐机器人比聘用服务员更加经济高效。

控制系统是送餐机器人最重要的组成部分之一，对送餐机器人功能的实现以及服务质量的保障起至关重要的作用，直接决定送餐机器人的整体用户体验。通过调查发现，目前市场上的送餐机器人障碍物检测、托盘菜品检测不够灵敏，运动控制不够平稳，上下位机通信不够稳定，机器人定位精度、对环境变化适应能力较差，不能实现多机器人协同，机器人整体实用性和智能化程度较低，用户体验不够好。

发明内容

本实用新型的目的就在于为解决上述问题而提供的一种智能送餐机器人的控制系统结构。

本实用新型为实现上述目的采用以下技术方案：

1) 本智能送餐机器人控制系统结构采用分布式总线控制系统结构，包括ARM平板电脑子系统、电机控制子系统、传感器信号采集子系统、电池电源管理子系统、激光雷达子系统和UWB定位子系统，上述子系统通过CAN总线连接为一个分布式控制系统，并以ARM平板电脑作为主控系统。

2)所述ARM平板电脑子系统以瑞芯微RK3288四核CPU为核心，并有WIFI、蓝牙、触摸显示屏、麦克风、喇叭、触摸按键、开关机按键、USB和CAN等外设。通过USB接口和激光雷达连接，通过CAN总线和其他子系统进行数据交换。该子系统通过触摸显示屏和语音与用户进行交互。并通过激光雷达获取周围环境信息，通过CAN总线获取其他子系统反馈信息，作出统一决策，实现机器人精确定位和智能运行。并通过WIFI和其他机器人相进行通信，实现多机器人协同运行。

3)所述电机控制子系统以STM32单片机作为核心，通过无刷电机控制电路控制电机运动，获取电机速度和电流反馈，并进行电机闭环控制，从而实现高精度平稳的运动控制。通过CAN接口和其他子系统进行数据交换。

4) 所述传感器信号采集子系统以STM32单片机作为核心，通过相应接口采集8个红外测距传感器测距信号、三轴陀螺仪和三轴加速度计信号以及托盘重量检测信号，并对传感器信息进行校准和融合。通过CAN接口和其他子系统进行数据交换。

5) 所述电池管理子系统以STM8为核心，并通过开关使STM8从低功耗模式中唤醒，并通过MOS管打开或者关闭整机电源，从而达到节能的作用。并检测电池电压，从而反馈给主控系统，让机器人返回基站自动充电。并检测机器人是否接上电源从而控制机器人开始充电。

6) 所述激光雷达为二维扫描式激光雷达,通过USB和ARM平板电脑主控系统连接。

7)所述UWB子系统以STM32为核心，并以DW1000室内定位芯片实现定位。通过CAN总线和其他子系统进行数据交换。

本实用新型的有益效果在于：

本实用新型采用基于CAN总线分布控制系统，CAN总线是一种非常稳定，实时性极好的工业总线，相比于目前大多数送餐机器人采用的串口通信方式，CAN总线大大提高了机器人多系统间通信的稳定性。

本实用新型采用独立的电机闭环控制系统，在其他系统发生异常时此系统也能保证正常运行，这大大提高了电机控制的精度以及平稳性，并且提高了机器人整体运行的安全性。

本实用新型采用激光雷达、UWB、IMU和里程计相结合的方式，从而实现机器人运行过程中的高精度定位。

本实用新型通过WIFI实现多机器人之间相互通信，从而实现多个送餐机器人的协同运行。

附图说明

下面结合附图和实施例对本申请进一步说明。

图1 本实用新型所述智能送餐机器人控制系统结构图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步说明：

如图1所示，本实用新型包括ARM平板电脑子系统、电机控制子系统、传感器信号采集子系统、电池电源管理子系统、激光雷达子系统和UWB定位子系统，上述子系统通过CAN总线连接为一个分布式控制系统，并以ARM平板电脑作为主控系统。

本实施例中通过ARM平板电脑子系统作为主控系统，通过触摸显示屏和语音与用户进行交互，并通过获取激光雷达数据、UWB数据、IMU数据和里程计数据实现高精度定位，并通过CAN总线对机器人其他子系统发布控制指令，完成整机协调控制。

在本实施例中，电机控制子系统，通过CAN总线接收主控系统发送的运动指令以及其他子系统反馈信号，驱动两台无刷电机，并采集速度和电流反馈信号，实现闭环控制，并通过CAN总线向其他子系统反馈电机运行速度等信息。传感器信号采集子系统，通过CAN总线接收主控系统指令，并反馈8个红外测距传感器、防跌落传感器、三轴陀螺仪和三轴加速度计传感器、托盘状态监测的信息。激光雷达通过USB直接向主控系统反馈周围环境信息。UWB子系统通过CAN总线反馈位置信息。电池电源管理子系统通过检测开关状态，并通过控制MOS管的开闭实现整机的开关，并通过检测电池电量电压等信息，反馈给主控系统，让机器人在没电时自动返回基站充电，通过检测机器人是否接上电源，控制机器人进行充电。

本实施例中ARM平板电脑子系统具有WIFI模块，通过WIFI模块可以实现同一环境内的多机器人互相通信，从而实现多机器人的协同工作。提高了多机器人工作时的智能化。

托盘检测通过安装在托盘下面的压力传感器以及传感器子系统中的信号处理电路组成，用于检测托盘上是否有物体存在，从而使机器人的工作更加智能化。

本实施例中的电源管理，目的是通过弱电开关实现机器人的开关机，这样就能将整机开关放置于比较容易触摸到的机器人头部，提升机器人用户体验效果。电源管理的工作流程为：机器人出厂时电源系统处于超低功耗状态，一旦检测到按键被长按，STM8单片机从低功耗模式中唤醒，并打开机器人电源，为机器人其他子系统供电,然后STM8又进入超低功耗状态。当再次检测到按键被长按，STM8再次被唤醒，并关闭机器人电源，STM8再次进入低功耗模式。

Claims (7)

1.一种智能送餐机器人控制系统结构，该结构采用分布式总线控制系统结构，其特征在于：包括ARM平板电脑子系统、电机控制子系统、传感器信号采集子系统、电池电源管理子系统、激光雷达子系统和UWB定位子系统，上述子系统均通过CAN总线连接为一个分布式控制系统，并以ARM平板电脑作为主控系统。

2.如权利要求1所述的智能送餐机器人控制系统结构，其特征进一步在于：所述ARM平板电脑子系统以瑞芯微RK3288四核CPU为核心，并有WIFI、蓝牙、触摸显示屏、麦克风、喇叭、触摸按键、开关机按键、USB和CAN，通过USB接口和激光雷达连接，通过CAN总线和其他子系统进行数据交换，所述ARM平板电脑子系统通过触摸显示屏和语音与用户进行交互，并通过激光雷达获取周围环境信息，通过CAN总线获取其他子系统反馈信息，作出统一决策，实现机器人精确定位和智能运行，并通过WIFI和其他机器人相进行通信，实现多机器人协同运行。

3.如权利要求1所述的智能送餐机器人控制系统结构，其特征进一步在于：所述电机控制子系统以STM32单片机作为核心，通过无刷电机控制电路控制电机运动，获取电机速度和电流反馈，并进行电机闭环控制，从而实现高精度平稳的运动控制；通过CAN接口和其他子系统进行数据交换。

4.如权利要求1所述的智能送餐机器人控制系统结构，其特征进一步在于：所述传感器信号采集子系统以STM32单片机作为核心，通过相应接口采集8个红外测距传感器测距信号、三轴陀螺仪和三轴加速度计信号以及托盘重量检测信号，并对传感器信息进行校准和融合，通过CAN接口和其他子系统进行数据交换。

5.如权利要求1所述的智能送餐机器人控制系统结构，其特征进一步在于：所述电池管理子系统以STM8为核心，并通过开关使STM8从低功耗模式中唤醒，并通过MOS管打开或者关闭整机电源，从而达到节能的作用，并检测电池电压，从而反馈给主控系统，让机器人返回基站自动充电，并检测机器人是否接上电源从而控制机器人开始充电。

6.如权利要求1所述的智能送餐机器人控制系统结构，其特征进一步在于：所述激光雷达为二维扫描式激光雷达,通过USB和ARM平板电脑主控系统连接。

7.如权利要求1所述的智能送餐机器人控制系统结构，其特征进一步在于：所述UWB子系统以STM32为核心，并以DW1000室内定位芯片实现定位，通过CAN总线和其他子系统进行数据交换。