CN207037463U - 一种基于超声波传感器和无线模块的机器人避障系统 - Google Patents

一种基于超声波传感器和无线模块的机器人避障系统 Download PDF

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Abstract

本实用新型公开一种基于超声波传感器和无线模块的机器人避障系统，所述的机器人包括机身、电源模块、所述机身的左右设置有由直流减速电机驱动的移动轮，所述机身的前后设置有两个万向支撑轮，包括单片机、超声波测距传感器、无线通信模块、移动控制终端、舵机、电机驱动模块。本实用新型通过控制舵机（云台）带动一个超声波传感器旋转检测，获得周围障碍物信息，解决了用多个超声波传感器带来的干扰问题；Arduino 单片机对超声波传感器采集到的障碍物信息进行处理、执行控制决策；特别是在避障系统中引入移动控制模式，实现了人机交互与自主避障相结合的避障方式。

Description

一种基于超声波传感器和无线模块的机器人避障系统
技术领域
本实用新型涉及移动机器人领域，特别是涉及一种基于超声波传感器和无线模块的机器人避障系统。
背景技术
无论是工业生产、海洋探测工程领域，还是在军事领域、航空航天工程等领域，移动机器人的身影随处可见，它有极大的发展空间。随着智能移动机器人的广泛应用,对其避障的要求也日益提高。机器人避障系统是一个可以通过自身所安装的传感器获取环境信息,并对信息进行融合、分析,能够自主避障，并完成一定任务的机器人系统。其中，自主避障是移动机器人领域的一个富有挑战性的研究课题。目前，移动机器人的避障传感器主要有红外传感器、CCD摄像机、激光传感器和超声波传感器等。其中，红外传感器、CCD摄像机受环境光线影响较大，避障性能差；基于激光传感器的避障技术因成本高而难以普及。
本实用新型主要用超声波传感器、舵机，蓝牙通信相结合方式来解决移动机器人的避障问题。针对移动机器人存在的避障缺陷，设计了一种轮式机器人全方位避障系统。该系统以单片机为主控制器，其创新点在于通过控制舵机（云台）带动一个超声波传感器旋转检测，获得周围障碍物信息，解决了用多个超声波传感器带来的干扰问题。单片机对超声波传感器采集到的障碍物信息进行处理、执行控制决策；特别是在避障控制算法中引入手机无线控制模式，实现了人机交互与自主避障相结合的控制方式。
实用新型内容
因此，针对现有避障技术的受光线影响大、避障成本高等问题，本实用新型提供了一种基于超声波传感器和无线模块的机器人避障系统，对现有的避障方法进行改进，增加无线模块实现人机交互，从而解决现有技术的不足之处。
本实用新型采用如下技术方案实现：
一种基于超声波传感器和无线模块的机器人避障系统，所述的机器人包括机身、电源模块、所述机身的左右设置有由直流减速电机驱动的移动轮，所述机身的前后设置有两个万向支撑轮，包括单片机、超声波测距传感器、无线通信模块、移动控制终端、舵机、电机驱动模块，所述的舵机通过电机座固定在机器人正前方，所述超声波测距传感器通过传感器支架与舵机的输出轴相连接；所述的单片机、无线通信模块、电机驱动模块固定设置在机身内，所述超声波测距传感器与单片机的模拟输入接口电路连接；所述无线通信模块与单片机串口电路连接；所述舵机与单片机模拟输出接口电路连接；所述电机驱动模块与单片机端口电路连接；所述直流减速电机与电机驱动模块电路连接；所述的移动控制终端通过无线网络与无线通信模块通信连接,用于向单片机发送指令控制机器人的运动方向和速度。
进一步地，所述的单片机为Arduino单片机。
进一步地，所述的无线通信模块包括蓝牙通信模块、Zigbee通信模块或WIFI通信模块。
进一步地，所述的舵机旋转角度范围是0°~180°。
进一步地，所述超声波测距传感器的型号为HC-SR04。
进一步地，所述的电机驱动模块的型号为L298N 。
进一步地，所述的机身由上至下包括上层板、中层板、下层板，所述上层板、中层板、下层板之间通过支撑架连接。
进一步地，所述的移动控制终端包括手机。
相比现有技术，本实用新型的有益效果是：在避障系统中只使用一个超声波测距模块，避免了多个超声波模块的干扰问题，避障系统成本低；舵机带动超声波传感器转动，可以旋转检测周围障碍物。引入手机无线控制模式，实现了人机交互与自主避障相结合的避障方式，避障性能好。
附图说明
图1为机器人系统机械结构设计图。
图2为移动机器人系统功能图。
图3为超声波测距程序流程图。
图4为蓝牙连接控制流程图。
图中：1-超声波测距传感器；2-传感器支架；3-电机座；4-舵机；5-上层板；6-中层板；7-下层板；8-移动轮；9-直流减速电机； 11-单片机；12-无线通信模块；13-电机驱动模块。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明的发明目的作进一步详细地描述，实施例不能在此一一赘述，但本发明的实施方式并不因此限定于以下实施例。
实施例1
如图1和图2所示，一种基于超声波传感器和无线模块的机器人避障系统，所述的机器人包括机身、电源模块、所述机身的左右设置有由24v的直流减速电机9驱动的移动轮8，所述机身的前后设置有两个万向支撑轮，所述的机身由上至下包括圆形的上层板5、中层板6、下层板7，所述上层板5、中层板6、下层板7之间通过支撑架连接，包括单片机11、型号为HC-SR04的超声波测距传感器1、无线通信模块12、移动控制终端、舵机4、型号为L298N的电机驱动模块13，所述的舵机4通过电机座3固定在机器人正前方，所述超声波测距传感器1通过传感器支架2与舵机4的输出轴相连接；所述的单片机11、无线通信模块12、电机驱动模块13固定设置在机身内，所述的单片机11为Arduino单片机，所述的无线通信模块12采用SPP-C蓝牙通信模块，所述舵机4型号为辉盛SG90，旋转角度范围是0°~180°；所述超声波测距传感器1与单片机11的模拟输入接口电路连接；所述无线通信模块12与单片机11串口电路连接；所述舵机4与单片机模拟输出接口电路连接；所述电机驱动模块13与单片机11端口电路连接；所述直流减速电机9与电机驱动模块13电路连接；所述的移动控制终端通过无线网络与无线通信模块12通信连接，用于向单片机11发送指令控制机器人的运动方向和速度。本实施例中，所述的移动控制终端为手机。
所述超声波测距传感器1对移动机器人前方180°障碍物的检测，检测结果传输给单片机11，由单片机11给电机驱动模块13发送控制命令，电机驱动模块13驱动直流减速电机9执行避障动作（如改变转向、改变转速），从而达到避障的目的。
如图2所示的移动机器人系统功能模块图，在避障系统中引入手机蓝牙控制模式，实现了人机交互与自主避障相结合的避障方式。
如图3所示，所述超声波测距传感器的测距方法包括以下步骤：
S1:对所述单片机进行初始化；
S2:给所述超声波测距传感器的TRIG端口发送10us以上的高电平触发信号；
S3:检测所述超声波测距传感器的输出脚ECHO是否为高电平；
S4:若为高电平，读取高电平的时间T；
S5:计算障碍物距离D。
所述蓝牙通信模块与用户手机上的蓝牙串口进行通信，用户可以通过手机蓝牙来控制移动机器人的运动。
如图4所示，所述蓝牙通信模块控制方法包括以下步骤：
S1:打开手机蓝牙功能；
S2:在手机蓝牙串口助手里搜索周边可用的蓝牙设备，选取移动机器人蓝牙通信模块对应的蓝牙设备名称“BT04-A”，并与蓝牙通信模块成功连接；
S3:用户通过蓝牙串口助手来按键编辑控制按键；
S4:用户按下手机蓝牙控制按键；
S5:所述蓝牙通信模块接收到控制信息；
S6:所述单片机11发出控制指令控制机器人运动方向和速度。
所述蓝牙通信模块控制方法可以人为控制机器人“前进”、“后退”、“停止”、“左转”、“右转”、“原地打转”、“低速”、“中速”、“高速”，实现360°原地旋转，全方位进行障碍物检测。
本实施例主要用超声波测距传感器1、舵机4，蓝牙通信模块12相结合方式来解决移动机器人的避障问题。针对移动机器人存在的避障缺陷，设计了一种轮式机器人全方位避障系统。该系统以Arduino单片机为主控制器，其创新点在于通过控制舵机（云台）带动一个超声波测距传感器1旋转检测，获得周围障碍物信息，解决了用多个超声波传感器带来的干扰问题。Arduino单片机对超声波测距传感器1采集到的障碍物信息进行处理、执行控制决策；特别是在避障控制算法中引入手机蓝牙控制模式，实现了人机交互与自主避障相结合的控制方式。
本实用新型的上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于超声波传感器和无线模块的机器人避障系统，所述的机器人包括机身、电源模块、所述机身的左右设置有由直流减速电机(9)驱动的移动轮(8)，所述机身的前后设置有两个万向支撑轮，其特征在于：包括单片机(11)、超声波测距传感器(1)、无线通信模块(12)、移动控制终端、舵机(4)、电机驱动模块(13)，所述的舵机(4)通过电机座(3)固定在机器人正前方，所述超声波测距传感器(1)通过传感器支架(2)与舵机(4)的输出轴相连接；所述的单片机(11)、无线通信模块(12)、电机驱动模块(13)固定设置在机身内，所述超声波测距传感器(1)与单片机(11)的模拟输入接口电路连接；所述无线通信模块(12)与单片机(11)串口电路连接；所述舵机(4)与单片机模拟输出接口电路连接；所述电机驱动模块(13)与单片机(11)端口电路连接；所述直流减速电机(9)与电机驱动模块(13)电路连接；所述的移动控制终端通过无线网络与无线通信模块(12)通信连接，用于向单片机(11)发送指令控制机器人的运动方向和速度。
2.根据权利要求1所述一种基于超声波传感器和无线模块的机器人避障系统，其特征在于：所述的单片机(11)为Arduino单片机。
3.根据权利要求1所述一种基于超声波传感器和无线模块的机器人避障系统，其特征在于：所述的无线通信模块(12)包括蓝牙通信模块、Zigbee通信模块或WIFI通信模块。
4.根据权利要求1所述一种基于超声波传感器和无线模块的机器人避障系统，其特征在于：所述的舵机(4)旋转角度范围是0°~180°。
5.根据权利要求1所述一种基于超声波传感器和无线模块的机器人避障系统，其特征在于：所述超声波测距传感器(1)的型号为HC-SR04。
6.根据权利要求1所述一种基于超声波传感器和无线模块的机器人避障系统，其特征在于：所述的电机驱动模块(13)的型号为L298N 。
7.根据权利要求1所述一种基于超声波传感器和无线模块的机器人避障系统，其特征在于：所述的机身由上至下包括上层板(5)、中层板(6)、下层板(7)，所述上层板(5)、中层板(6)、下层板(7)之间通过支撑架连接。
8.根据权利要求1所述一种基于超声波传感器和无线模块的机器人避障系统，其特征在于：所述的移动控制终端包括手机。
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