CN207241188U - 一种可自动循迹的智能打印机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种可自动循迹的智能打印机器人，整个系统的硬件电路由循迹主控电路、打印主控电路和电源电路组成，所述循迹主控电路包括循迹主控制器、循迹传感器电路、避障传感器电路、电子标签读取器电路、电机驱动电路；所述打印主控电路包括打印主控制器、无线网卡模块、打印单元模块、LCD显示屏、按键电路。通过综合应用RFID室内定位技术、红外线循迹技术以及超声波避障等技术实现了室内打印机的自主定位与循迹，智能移动化执行打印作业，用户在发出打印请求后，无需现场等待或者收取打印材料，因而大大减少了局域网内用户打印的人力浪费，提高了工作效率。

Description

一种可自动循迹的智能打印机器人

技术领域

本发明涉及信息与自动控制技术领域，具体涉及一种可自动循迹的智能打印机器人。

背景技术

随着电子信息技术的快速发展，室内定位技术、路径规划技术、多传感器融合技术的成熟应用，具备自主导航循迹技术的产品开始进入了人们的视野，自动驾驶的汽车、智能快递机器人分拣系统以及循迹搬运机器人的出现无不体现了智能循迹技术应用前景与价值。

相比较于室外定位技术，室内定位技术还不够成熟，正是因为目前尚未出现统一的技术规范，市面上应用室内定位技术的产品存在着诸多解决方案，其中射频识别(RFID)室内定位技术就是其中一种部署成本较低、定位精度较高的技术方案，RFID利用读取器天线发射电磁波的方式与物体、路径上的电子标签进行双向通信，达到目标识别与定位的技术，具有读取速度快、非接触、非视距的优点，是室内定位技术较理想的选择。

循迹技术多用在自动化生产线的物料配送机器人、商场导游机器人等领域，通过在机器人的作业区域规划好给定的路线，这些路线上一般采用不同的颜色或者标记区分，机器人采用特定的传感器扫描路线区域，并将感应信号反馈给主控单元进行信号处理，从而控制机器人驱动电机修正路线实现自动循迹。目前，利用红外线对不同物质表面反射不同的特性实现室内自走机器人的循迹是一种较为成熟的解决方案。

超声波具有良好的方向性，较强的穿透能力，利用这一特性可以达到测距、避障的目的。

在实际的使用环境中，使用单一的传感器获取的数据容易受环境因素、传感器本身误差影响而出现较大的偏差，随着芯片数据处理能力的提升以及多传感器数据融合技术的应用，可以使用若干同类型或者多类型传感器进行错误控制，增加采集数据的精度。

通常情况下，为了提高网络资源的利用率，一个局域网内的打印机往往被多台主机共享使用。但是对于一些频繁使用共享打印机的人员或者在大型的办公区域，执行一次打印任务，相关的人员需要来回跑动，特别是在打印文档需要多次修改打印或者打印时间较长时，存在着效率低下的问题。

发明内容

本发明的目的是针对上述问题，提供一种可自动循迹的智能打印机器人，通过综合应用 RFID室内定位技术、红外线循迹技术以及超声波避障等技术实现了室内打印机的自主定位与循迹，智能移动化执行打印作业，用户在发出打印请求后，无需现场等待或者收取打印材料，因而大大减少了局域网内用户打印的人力浪费，提高了工作效率。

为实现上述发明目的，本发明提供的技术方案是：

一种可自动循迹的智能打印机器人，整个系统的硬件电路由循迹主控电路、打印主控电路和电源电路组成，所述循迹主控电路包括循迹主控制器、循迹传感器电路、避障传感器电路、电子标签读取器电路、电机驱动电路；所述打印主控电路包括打印主控制器、无线网卡模块、打印单元模块、LCD显示屏、按键电路；所述智能打印机器人包括循迹移动装置、打印机装置和地面颜色标记轨迹带；所述地面颜色标记轨迹带上设有电子位置标签；所述打印机装置包括打印纸仓、打印主机、打印出纸口和具有LCD显示屏和按键的系统控制面板；所述循迹移动装置包括避障、循迹传感器探测窗、RFID位置标签读取器、自动循迹主控电路以及锂电池仓、电机及驱动轮；所述打印机装置安装于循迹移动装置上，在所述打印机装置和循迹移动装置之间设有弹性缓冲装置。

所述循迹主控制器是打印机器人实现自动循迹功能的核心控制电路，该控制器实时处理与循迹、避障相关的传感器信号，输出循迹避障算法控制信号至电机驱动电路，同时使用其 can总线接口与打印主控制器通信；所述循迹传感器电路使用红外线收发传感器实现对标记路线的识别；所述避障传感器电路以超声波测距模块为核心，实现对打印机器人四周障碍物距离信息的实时探测。

所述电子标签读取器电路用于获取标记路线上的电子位置标签信息，其中电子位置标签信息是整个路线内唯一的静态位置码，该位置码与位置对应的主机IP绑定，当局域网内某个主机向打印机器人成功发送打印请求后，打印机器人会根据请求主机的IP查询到对应的电子位置标签位置码，从而定位到主机位置；所述电机驱动电路主要作用是实现循迹主控制器对于机器人动力系统的精确控制。

所述打印主控制器主要完成人机交互、控制打印单元电路、控制循迹主控电路等功能，因此是循迹主控电路的上位机，微控制器的处理性能要求要比循迹主控制器更高一些；所述无线网卡模块是打印机器人为局域网内主机共享打印机的网络通信电路，是打印机器人成为网络共享打印机的物理设备。

所述打印单元模块是打印机器人实现打印作业的控制电路；所述LCD显示屏用于打印机器人工作状态与配置信息的显示；所述按键电路实现用户对打印机器人工作模式的配置。

所述电源电路为循迹主控电路、打印主控电路提供合适的电平与足够的电流值。

本发明的可智能移动作业的打印机通过采用红外线、超声波技术实现自主循迹避障，利用高效低成本的RFID技术实现机器的定点定位。整个系统的硬件电路由循迹主控电路和打印主控电路组成。循迹主控电路包括循迹主控制器、循迹传感器电路、避障传感器电路、电子标签读取器电路、电机驱动电路、电源电路；打印主控电路包括打印主控制器、无线网卡模块、打印单元模块、LCD显示屏、按键电路、电源电路。下面对各部分电路分别介绍。

循迹主控电路：1)循迹主控制器是打印机器人实现自动循迹功能的核心控制电路，该控制器实时处理与循迹、避障相关的传感器信号，输出循迹避障算法控制信号至电机驱动电路，同时使用其can总线接口与打印主控制器通信。硬件上一般采用32位微控制器即可满足需求； 2)循迹传感器电路成对使用红外线收发传感器，实现对标记路线的识别；3)避障传感器电路以超声波测距模块为核心，实现对打印机器人四周障碍物距离信息的实时探测；4)电子标签读取器电路用于获取标记路线上的电子位置标签信息，其中电子位置标签信息是整个路线内唯一的静态位置码，该位置码与位置对应的主机IP绑定，当局域网内某个主机向打印机器人成功发送打印请求后，打印机器人会根据请求主机的IP查询到对应的电子位置标签位置码，从而定位到主机位置；5)电机驱动电路主要作用是实现循迹主控制器对于机器人动力系统的精确控制，如启停、正反转等等；6)电源电路为该部分电路提供合适的电平与足够的电流值。

打印主控电路：1)打印主控制器主要完成人机交互、控制打印单元电路、控制循迹主控电路等功能，因此是循迹主控电路的上位机，微控制器的处理性能要求要比循迹主控制器更高一些；2)无线网卡模块是打印机器人为局域网内主机共享打印机的网络通信电路，是打印机器人成为网络共享打印机的物理设备；3)打印单元模块是打印机器人实现打印作业的控制电路；4)LCD显示屏用于打印机器人工作状态与配置信息的显示；5)按键电路实现用户对打印机器人工作模式的配置；6)电源电路为该部分电路提供合适的电平与足够的电流值。

所述智能打印机器人包括循迹移动装置、打印机装置和地面颜色标记轨迹带；所述地面颜色标记轨迹带上设有电子位置标签；所述打印机装置包括打印纸仓、打印主机、打印出纸口和具有LCD显示屏和按键的系统控制面板；所述循迹移动装置包括避障、循迹传感器探测窗、RFID位置标签读取器、自动循迹主控电路以及锂电池仓、电机及驱动轮。

所述打印机装置安装于循迹移动装置上，在所述打印机装置和循迹移动装置之间设有弹性缓冲装置。

本发明综合应用了RFID室内定位技术、红外线循迹技术以及超声波避障等技术实现了可自动循迹移动作业的打印机器人。通过在工作区域标记好路线与位置电子标签，电子位置标签中的位置码信息与相近主机IP地址一一对应，打印机器人通过无线网卡接入网络并共享打印机，当局域网内某台主机成功发送打印任务后，打印机器人执行打印作业的同时通过目标主机IP地址找到位置码，与当前位置码比对后确认是否开始循迹移动，确保打印完成的纸质材料安全送至请求打印的主机处。打印过程中无需人员来回跑动和等待打印机作业完成，大大减少了人力投入，提升了办公自动化程度，具有较强的发明价值与推广意义。

附图说明

图1是智能打印机器人电路组成框图。

图2是智能打印机器人结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。

如图1所示，循迹主控制器、打印主控制器可采用意法半导体公司ARM系列STM32微控制器，前者是下位机(从机)，使用103系列，后者是上位机(主机)，使用407系列以提高处理器性能，均为32位微控制器满足本系统的控制需求，另外主从机之间使用can总线进行双机通信；循迹传感器以及避障传感器分别使用工业级红外线收发检测传感器和超声波测距传感器；无线网卡模块使用支持IEEE 802.11无线局域网接入标准的无线网络调制解调器。

如图2所示，一种可自动循迹的智能打印机器人，所述智能打印机器人包括循迹移动装置1、打印机装置2和地面颜色标记轨迹带3；所述地面颜色标记轨迹带3上设有电子位置标签4；所述打印机装置2包括打印纸仓5、打印主机6、打印出纸口7和具有LCD显示屏和按键的系统控制面板8；所述循迹移动装置1包括避障、循迹传感器探测窗9、RFID位置标签读取器10、自动循迹主控电路以及锂电池仓11、电机及驱动轮12。

所述打印机装置2安装于循迹移动装置1上，在所述打印机装置2和循迹移动装置1之间设有弹性缓冲装置13。

打印机器人采用分体式设计，将打印机体与循迹控制箱体相对独立，使用弹性缓冲装置隔离，以降低打印机器人运动时驱动部分产生的机械振动对打印机造成的干扰，供给打印机的电源以及两者间的数据通信使用高强度杜邦排线连接；打印主机的控制面板是整个打印机器人与用户交互的控制中心，包括LCD显示屏和键盘，用户可以通过控制面板查看或者配置打印机器人；打印主机下的循迹控制箱体四个侧面均安装循迹、避障传感器的探测窗，使得打印机器人可以全角度避障，同时配合驱动系统能够实现无需转动机身角度即可横向、纵向循迹；电机及驱动轮是打印机器人驱动系统的重要组成部分，驱动轮可以精确的前进与后退，同时需要切换方向循迹时，驱动轮在舵机的控制下实现90度调整；RFID位置标签读取器需要实时扫描地面标记路线上每台主机的电子位置标签，因此读取器的探测窗位于打印机器人底部下表面中央位置以获取机器最佳定位状态；为了降低打印机器人重心，增强自稳定性，自动循迹主控电路以及整个机器的锂电池组置于循迹控制箱体中心位置；打印机器人移动作业时，其循迹路线可使用黑色标记，电子位置标签可使用被动式RFID标签，机器与路线平行对应的两个侧面的循迹避障探测窗以及RFID位置标签读取器应在路线正上方。

本发明所述的自动循迹智能打印机器人实现了移动打印作业功能，通过在局域网内共享该打印机器人，用户无线连接并发送打印任务后，无需前往等候打印作业以及取回打印材料，打印机器人在执行打印作业的同时确定请求打印的那台主机的实际位置，利用红外线、超声波循迹避障技术以及RFID室内定位技术将打印好的纸质材料自动循迹送到用户主机工作位附近，这完全避免了用户打印时来回跑动，等待打印等造成的人力、时间浪费，大大提升了办公效率，迎合市场需求，体现了办公自动化、智能化的发展方向，发明意义与市场推广前景巨大。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，依据本发明的技术实质，对以上实施例所作的任何简单的修改、等同替换与改进等，均仍属于本发明技术方案的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种可自动循迹的智能打印机器人，其特征在于：整个系统的硬件电路由循迹主控电路、打印主控电路和电源电路组成，所述循迹主控电路包括循迹主控制器、循迹传感器电路、避障传感器电路、电子标签读取器电路、电机驱动电路；所述打印主控电路包括打印主控制器、无线网卡模块、打印单元模块、LCD显示屏、按键电路；所述智能打印机器人包括循迹移动装置、打印机装置和地面颜色标记轨迹带；所述地面颜色标记轨迹带上设有电子位置标签；所述打印机装置包括打印纸仓、打印主机、打印出纸口和具有LCD显示屏和按键的系统控制面板；所述循迹移动装置包括避障、循迹传感器探测窗、RFID位置标签读取器、自动循迹主控电路以及锂电池仓、电机及驱动轮；所述打印机装置安装于循迹移动装置上，在所述打印机装置和循迹移动装置之间设有弹性缓冲装置。

2.根据权利要求1所述的可自动循迹的智能打印机器人，其特征在于：所述循迹主控制器是打印机器人实现自动循迹功能的核心控制电路，该控制器实时处理与循迹、避障相关的传感器信号，输出循迹避障算法控制信号至电机驱动电路，同时使用其can总线接口与打印主控制器通信；所述循迹传感器电路使用红外线收发传感器实现对标记路线的识别；所述避障传感器电路以超声波测距模块为核心，实现对打印机器人四周障碍物距离信息的实时探测。

3.根据权利要求1所述的可自动循迹的智能打印机器人，其特征在于：所述电子标签读取器电路用于获取标记路线上的电子位置标签信息，其中电子位置标签信息是整个路线内唯一的静态位置码，该位置码与位置对应的主机IP绑定，当局域网内某个主机向打印机器人成功发送打印请求后，打印机器人会根据请求主机的IP查询到对应的电子位置标签位置码，从而定位到主机位置；所述电机驱动电路主要作用是实现循迹主控制器对于机器人动力系统的精确控制。

4.根据权利要求1所述的可自动循迹的智能打印机器人，其特征在于：所述打印主控制器主要完成人机交互、控制打印单元电路、控制循迹主控电路等功能，因此是循迹主控电路的上位机，微控制器的处理性能要求要比循迹主控制器更高一些；所述无线网卡模块是打印机器人为局域网内主机共享打印机的网络通信电路，是打印机器人成为网络共享打印机的物理设备。

5.根据权利要求1所述的可自动循迹的智能打印机器人，其特征在于：所述打印单元模块是打印机器人实现打印作业的控制电路；所述LCD显示屏用于打印机器人工作状态与配置信息的显示；所述按键电路实现用户对打印机器人工作模式的配置。

6.根据权利要求1所述的可自动循迹的智能打印机器人，其特征在于：所述电源电路为循迹主控电路、打印主控电路提供合适的电平与足够的电流值。