CN206105864U - 基于麦克纳姆轮的无线视频监控移动机器人系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种基于麦克纳姆轮的无线视频监控移动机器人系统，包括：机器人、手持设备，机器人与手持设备连接；所述机器人包括电源模块、主控开源电路模块、舵机云台、避障模块、直流电机驱动模块、无线收发模块、USB摄像头，主控开源电路模块、无线收发模块都与电源模块连接，舵机云台、避障模块、直流电机驱动模块、无线收发模块、电源模块都与主控开源电路模块连接，主控开源电路模块、USB摄像头、手持设备、电源模块都与无线收发模块连接。本实用新型可以在没有驾驶员的情况下对窄小区域进行巡逻，遇到障碍物或者行人时可自行避障，并且可以多角度采集环境信息，将视频信息实时的传送给手持设备，实现实时监控。

Description

基于麦克纳姆轮的无线视频监控移动机器人系统

技术领域

本实用新型涉及一种基于麦克纳姆轮的无线视频监控移动机器人系统，其用于无线图像传输，电机转速控制以及传感器检测等技术，适用于有毒场合，窄小空间的环境探测，排障等领域。

背景技术

移动机器人是一个集环境感知、动态决策与规划、行为控制与执行等多功能于一体的综合系统。随着机器人性能不断地完善，移动机器人的应用范围大为扩展，不仅在工业、农业、医疗、服务等行业中得到广泛的应用，而且在城市安全、国防和空间探测领域等有害与危险场合得到很好的应用。此外，随着无线网络通讯技术的蓬勃发展，以及电子元件制作技术的进步，加速手持移动装置与无线网络的结合。由于手持移动装置轻薄短小，让用户易于携带与使用。因此，越来越多的使用者，根据不同的工作属性或个人需求，开始使用移动装置如智能型手机、iPhone(苹果手机)及平板计算机等手持移动装置。此外随着现有的无线网络随着带宽的逐渐提升，使利用手持移动装置结合无线网络，应用于无线远程监控的可行性大为增加，加上现代人的生活忙碌，对于居家保全、远程居家看护、家电自动化监控等的需求大为增加。因此，如果能利用无线远程监看系统将可协助人们更容易地实现远程监控功能。本实用新型设计了一种无线视频监控全向移动机器人系统，实时监测机器人周围环境，可在一些特殊的场合进行信息的采集、侦察以及处理发挥重要的作用。

实用新型内容

本实用新型的目的在于:针对现有移动机器人行进过程中转向不灵活、易打滑，市面上出售的无线收发模块价格较高，以及上位机软件不能实现跨平台操作等问题。提供一种基于麦克纳姆轮的无线视频监控移动机器人系统，其可以在没有驾驶员的情况下对窄小区域进行巡逻，遇到障碍物或者行人时可自行避障，并且可以多角度采集环境信息，将视频信息实时的传送给手持设备，实现实时监控。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于麦克纳姆轮的无线视频监控移动机器人系统，其包括机器人、手持设备，机器人与手持设备连接；

所述机器人包括电源模块、主控开源电路模块、舵机云台、避障模块、直流电机驱动模块、无线收发模块、USB摄像头，主控开源电路模块、无线收发模块都与与电源模块连接，舵机云台、避障模块、直流电机驱动模块、无线收发模块、电源模块都与主控开源电路模块连接，主控开源电路模块、USB摄像头、手持设备、电源模块都与无线收发模块连接。

优选地，所述电源模块包括升降压芯片、第一电容、第二电容，第一电容、第二电容都与升降压芯片相连。

优选地，所述驱动模块包括第一二极管、第一二极管、第一二极管、第一二极管、第一二极管、第一二极管、第一二极管、第一二极管、第一芯片、第一电表、第二电表、第四电表、第五电表，第一电表、第二电表、第四电表、第五电表都与第一芯片相连，第一二极管、第一二极管、第一二极管、第一二极管、第一二极管、第一二极管、第一二极管、第一二极管都与第五电表相连，第一二极管、第一二极管、第一二极管、第一二极管、第一二极管、第一二极管、第一二极管、第一二极管都与第一芯片相连。

优选地，所述避障模块包括超声波发射换能器、第七电阻、第九电阻、第二继电器、第一放大器、第二放大器、第三放大器、第四放大器、第五放大器、第六放大器，第七电阻、第九电阻都与超声波发射换能器相连，第七电阻、第一放大器、第二放大器、第五放大器都与第六放大器相连，第九电阻、第三放大器、第四放大器、第五放大器都与第六放大器相连，第六放大器与第二继电器相连。

优选地，所述电源模块采用LM2596S-3.3型号。

优选地，所述舵机云台和USB摄像头采用天敏S606免驱摄像头。

优选地，所述直流电机驱动模块采用L298N型号。

优选地，所述避障模块采用HY-SRF05型号。

优选地，所述手持设备采用Apple iphone4S型号。

优选地，所述主控电路模块是基于ATmega 2560核心的Arduino Mega 2560开源电路板；无线收发模块是在OpenWrt操作系统下运行改装的TL-WR703N迷你无线路由器。

本实用新型的有益效果是：本实用新型可以在没有驾驶员的情况下对窄小区域进行巡逻，遇到障碍物或者行人时可自行避障，并且可以多角度采集环境信息，将视频信息实时的传送给手持设备，实现实时监控。

附图说明

图1为本实用新型基于麦克纳姆轮的无线视频监控移动机器人系统的原理框图；

图2为本实用新型中电源模块的电路图；

图3为本实用新型中驱动模块的电路图；

图4为本实用新型中避障模块的电路图；

具体实施方式

下面结合图1对本实用新型作进一步说明。

如图1所示，本实用新型公开了一种基于麦克纳姆轮的无线视频监控移动机器人系统包括机器人、手持设备，机器人与手持设备连接；

所述机器人包括电源模块、主控开源电路模块、舵机云台、避障模块、直流电机驱动模块、无线收发模块、USB(通用串行总线)摄像头，主控开源电路模块、无线收发模块都与与电源模块连接，舵机云台、避障模块、直流电机驱动模块、无线收发模块、电源模块都与主控开源电路模块连接，主控开源电路模块、USB摄像头、手持设备、电源模块都与无线收发模块连接。

如图2所示，电源模块包括升降压芯片LM7805、第一电容Cin(输入端电容)、第二电容Co(输出端电容)，第一电容Cin、第二电容Co都与升降压芯片LM7805相连。

如图3所示，驱动模块包括第一二极管D1、第一二极管D2、第一二极管D3、第一二极管D4、第一二极管D5、第一二极管D6、第一二极管D7、第一二极管D8、第一芯片U1、第一电表P1、第二电表P2、第四电表P4、第五电表P5，第一电表P1、第二电表P2、第四电表P4、第五电表P5都与第一芯片U1相连，第一二极管D1、第一二极管D2、第一二极管D3、第一二极管D4、第一二极管D5、第一二极管D6、第一二极管D7、第一二极管D8都与第五电表P5相连，第一二极管D1、第一二极管D2、第一二极管D3、第一二极管D4、第一二极管D5、第一二极管D6、第一二极管D7、第一二极管D8都与第一芯片U1相连。

如图4所示，避障模块包括超声波发射换能器T1、第七电阻R7、第九电阻R9、第二继电器J2、第一放大器U3A、第二放大器U3B、第三放大器U3C、第四放大器U3D、第五放大器U3E、第六放大器U3F，第七电阻R7、第九电阻R9都与超声波发射换能器T1相连，第七电阻R7、第一放大器U3A、第二放大器U3B、第五放大器U3E都与第六放大器U3F相连，第九电阻R9、第三放大器U3C、第四放大器U3D、第五放大器U3E都与第六放大器U3F相连，第六放大器U3F与第二继电器J2相连。

所述电源模块采用LM2596S-3.3型号。

所述舵机云台和USB摄像头采用天敏S606免驱摄像头。

所述直流电机驱动模块采用L298N型号。

所述避障模块采用HY-SRF05型号。

所述手持设备采用Apple iphone4S型号。

所述主控电路模块是基于ATmega 2560(单片机)核心的Arduino Mega2560(采用USB接口的核心电路板)开源电路板；无线收发模块是在OpenWrt(高度模块化、高度自动化的嵌入式Linux系统)操作系统下运行改装的TL-WR703N迷你无线路由器。

电源模块：采用IC升降压芯片LM7805，输出端电容可以有效防止LM7805产生自激振荡，输入端若无电容可以防止输出电容储存的电压在关机的瞬间不会完全放掉，当输入断电后会造成输入输出两端电压倒置，损坏稳压器的情况。

驱动模块：L298N是ST公司生产的一种高电压、大电流的电机驱动芯片。该芯片采用15脚封装。主要特点是：工作电压高，最高工作电压可达46V，输出电流大，瞬间峰值可达3A，持续工作电流为2A；额定功率为25W。内含两个H桥的高电压大电流全桥式驱动器，可以用来驱动直流电机和步进电机、继电器线圈等感性负载；采用标准逻辑电平信号控制；具有两个用控制端，在不受输入信号影响的情况下允许或禁止器件工作有一个逻辑电源输入端，使内部逻辑电路部分在低电压下工作；可以外接检测电阻，将变化量反馈给控制电路。使用L298N芯片驱动电机，该芯片可以驱动一台两相步进电机和四相步进电机，也可以两台直流电机。

电路图中有两个电流，一路为L298工作需要的5V电源VCC，一路为驱动电机用的电池电源VSS；1脚和15脚有的电路在中间串接了大功率的电阻，可以不加；八个续流二极管是为了消除电机转动时的尖峰电压保护电机而设计，简化电路可以不加。；6脚和11脚为两路电机通道的使能开关，高电平使能所以可以直接接高电平，也可以交由单片机控制；由于工作时L298的功率较大，可以适当加装散热片。

无线收发模块：对市面上现有的路由器TL-WR703N进行改造。

1、升级原有的4MB SPI FLASH，可以升级到8MB，更换8M SPI FLASH为WinBondW25Q64CVSIG，更大的Flash容量可以使Flash里装更多的程序；

2、升级RAM，从32MB升级到64MB，更换32M DDR400内存颗粒为HY5DU121622CTP-D43颗粒，这样在带更多客户端时，CPU的压力会减小很多；

3、引出TTL针脚，连接TTL至MicroUSB，可以通过TTL刷机或通过TTL与更多的硬件连接，完成别的应用；

4、AR9331超频。主要是通过重新编译OpenWRT代码来实现。超频幅度很可观；

5、引出SMA天线插座。外接天线，可以在一定程度上扩大这个路由器的无线覆盖范围；

6、外扩USB HUB芯片，通过自带的USB接口，再加上USB HUB芯片，可以扩充这个路由器的USB接口数量，以便同时接更多的USB外设。这个功能也可以通过直接外接成品USBHUB来实现。USB接口丰富之后，可以接更多的USB设备，以完成更多的功能，如脱机下载、网络监控等。

避障模块：超声波发射部分是为了让超声波发射换能器T1能向外界发出40kHz左右的方波脉冲信号。控制模块输出40kHz左右的方波脉冲信号，由于控制模块端口输出功率不够，40kHz方波脉冲信号分成两路，送给一个由74HC04组成的推挽式电路进行功率放大以便使发射距离足够远，满足测量距离要求，最后送给超声波发射换能器T以声波形式发射到空气中。发射部分的电路，如图所示。图中输出端上拉电阻R7，R9，一方面可以提高反向器74HC04输出高电平的驱动能力，另一方面可以增加超声换能器的阻尼效果，缩短其自由振荡的时间。

上述T1发射的在空气中传播，遇到障碍物就会返回，超声波接收部分是为了将反射波(回波)顺利接收到超声波接收换能器T2进行转换变成电信号，并对此电信号进行放大、滤波、整形等处理后，这里用索尼公司生产的集成芯片CX20106，得到一个负脉冲送给控制模块，以产生一个中断。接收部分的电路，如图所示。可以看到，集成芯片CX20106在接收部分电路中起了很大的作用。CX20106是一款应用广泛的红外线检波接收的专用芯片，其具有功能强、性能优越、外围接口简单、成本低等优点，由于红外遥控常用的载波频率38kHz与测距的超声波频率40kHz比较接近，而且CX20106内部设置的滤波器中心频率f0可由其5脚外接电阻调节，阻值越大中心频率越低，范围为30～60kHz。故本次设计用它来做接收电路。CX20106内部由前置放大器、限幅放大器、带通滤波器、检波器、积分器及整形电路构成。工作过程如下:接收的回波信号先经过前置放大器和限幅放大器，将信号调整到合适幅值的矩形脉冲，由滤波器进行频率选择，滤除干扰信号，再经整形，送给输出端7脚。当接收到与CX20106滤波器中心频率相符的回波信号时，其输出端7脚就输出低电平，而输出端7脚直接接到控制模块上，以触发中断。若频率有一些误差，可调节芯片引脚5的外接电阻R11，将滤波器的中心频率设置在40kHz，就可达到理想的效果。

主控模块：采用基于ATmega2560的微控制板Arduino Mega 2560，有54路数字输入/输出端口(其中15个可以作为PWM输出)，16路模拟输入端口，4路UART串口，16MHz的晶振，USB连接口，电池接口，ICSP头和复位按钮。简单地用USB连接电脑或者用交直流变压器就能使用。

Claims (7)

1.一种基于麦克纳姆轮的无线视频监控移动机器人系统，其特征在于，包括机器人、手持设备，机器人与手持设备连接；

所述机器人包括电源模块、主控开源电路模块、舵机云台、避障模块、直流电机驱动模块、无线收发模块、USB摄像头，主控开源电路模块、无线收发模块都与电源模块连接，舵机云台、避障模块、直流电机驱动模块、无线收发模块、电源模块都与主控开源电路模块连接，主控开源电路模块、USB摄像头、手持设备、电源模块都与无线收发模块连接；

所述电源模块包括升降压芯片、第一电容、第二电容，第一电容、第二电容都与升降压芯片相连；

所述驱动模块包括第一二极管、第一二极管、第一二极管、第一二极管、第一二极管、第一二极管、第一二极管、第一二极管、第一芯片、第一电表、第二电表、第四电表、第五电表，第一电表、第二电表、第四电表、第五电表都与第一芯片相连，第一二极管、第一二极管、第一二极管、第一二极管、第一二极管、第一二极管、第一二极管、第一二极管都与第五电表相连，第一二极管、第一二极管、第一二极管、第一二极管、第一二极管、第一二极管、第一二极管、第一二极管都与第一芯片相连；

所述避障模块包括超声波发射换能器、第七电阻、第九电阻、第二继电器、第一放大器、第二放大器、第三放大器、第四放大器、第五放大器、第六放大器，第七电阻、第九电阻都与超声波发射换能器相连，第七电阻、第一放大器、第二放大器、第五放大器都与第六放大器相连，第九电阻、第三放大器、第四放大器、第五放大器都与第六放大器相连，第六放大器与第二继电器相连。

2.根据权利要求1所述的基于麦克纳姆轮的无线视频监控移动机器人系统，其特征在于：所述电源模块采用LM2596S-3.3型号。

3.根据权利要求1所述的基于麦克纳姆轮的无线视频监控移动机器人系统，其特征在于：所述舵机云台和USB摄像头采用天敏S606免驱摄像头。

4.根据权利要求1所述的基于麦克纳姆轮的无线视频监控移动机器人系统，其特征在于：所述直流电机驱动模块采用L298N型号。

5.根据权利要求1所述的基于麦克纳姆轮的无线视频监控移动机器人系统，其特征在于：所述避障模块采用HY-SRF05型号。

6.根据权利要求1所述的基于麦克纳姆轮的无线视频监控移动机器人系统，其特征在于：所述手持设备采用Apple iphone4S型号。

7.根据权利要求1所述的基于麦克纳姆轮的无线视频监控移动机器人系统，其特征在于：所述主控电路模块是基于ATmega 2560核心的Arduino Mega 2560开源电路板；无线收发模块是在OpenWrt操作系统下运行改装的TL-WR703N迷你无线路由器。