CN207643145U - 一种机器人控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种机器人控制系统，包括主控板和与之连接的工控电脑，主控板分别与电源电路、显示器、运动电路、数据采集电路、状态显示电路电性连接，工控电脑分别与显示电路、导航电路、语音电路电性连接；语音电路包括声源识别电路，声源识别电路与导航电路都通过同一类型的数据接口与主控板电性连接，控制底盘电机和头部电机的运动状态；工控电脑可切换数据接口的接入对象。本实用新型对数据接口进行了切换，主控板主要用于控制底盘电机和头部电机的转向与转速，具体转动速度靠工控电脑来控制，避免了只靠主控板来控制导致发生控制系统的冲突，导致机器人不能正常工作。

Description

一种机器人控制系统

技术领域

本实用新型属于机器人技术领域，具体涉及一种机器人控制系统。

背景技术

机器人是自动控制机器(Robot)的俗称，自动控制机器包括一切模拟人类行为或思想与模拟其他生物的机械(如机器狗，机器猫等)，狭义上对机器人的定义还有很多分类法及争议，有些电脑程序甚至也被称为机器人，在当代工业中，机器人指能自动执行任务的人造机器装置，用以取代或协助人类工作，理想中的高仿真机器人是高级整合控制论、机械电子、计算机与人工智能、材料学和仿生学的产物，目前科学界正在向此方向研究开发。

现有的机器人在使用过程中存在一些缺陷，例如机器人的控制系统复杂，内部的控制容易产生冲突，以及机器人的实现避障与交互性能较差，使用不方便。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种机器人控制系统，以解决上述背景技术中提出的机器人的控制系统复杂，内部的控制容易产生冲突，以及机器人的实现避障与交互性能较差，使用不方便的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种机器人控制系统，包括主控板和工控电脑，其特征在于：主控板与工控电脑连接，主控板分别与电源电路、显示器、运动电路、数据采集电路、状态显示电路电性连接，工控电脑分别与显示电路、导航电路、语音电路电性连接；运动电路包括底盘电机和头部电机，底盘电机控制机器人滚轮的运动状态，头部电机控制机器人头部在各个方向转动；数据采集电路包括超声波电路、红外电路、头部触摸电路、防跌落电路、六轴陀螺仪；语音电路包括声源识别电路，声源识别电路与导航电路都通过同一数据接口与主控板电性连接，控制底盘电机和头部电机的运动状态；工控电脑可切换数据接口的接入对象。

进一步的，语音电路还包括功放电路、喇叭、咪头。

进一步的，导航电路具有接收、处理外部输入的遥控信息功能，包括摄像头或激光雷达。

进一步的，运动电路还包括头部电机编码器、底盘电机编码器。

进一步的，电源电路还包括充电控制板和电池模组。

进一步的，显示器包括左眼TFT显示器和右眼TFT显示器，状态显示电路包括彩色头部呼吸灯或单色底部灯带，显示器和状态显示电路用于实现机器人的各种表情。

本实用新型与现有技术相比，具有以下有益效果：

(1)本实用新型的声源识别电路与导航电路都通过同一类型的数据接口与主控板电性连接，声源识别电路与导航电路都控制同一对象，工控电脑设置在声源识别电路和导航电路与主控板电性连接的电路中间，以此工控电脑可对数据接口的接入对象进行切换。

(2)主控板主要用于控制底盘电机和头部电机的转向与转速，具体转动速度靠工控电脑来控制，避免了只靠主控板来控制导致发生控制系统的冲突，导致机器人不能正常工作的问题。

(3)本实用新型设置了超声波电路、红外电路和防跌落电路，超声波电路和红外电路的内部分别设置有超声波传感器和红外线传感器，可以在机器人检测到有障碍时，及时的避开，防止发生撞击导致损坏，防跌落电路的内部设置有距离传感器，可以防止机器人跌落损坏。

(4)本实用新型设置了语音电路，可以自动识别声源，实现声源跟随，通过手机APP端可以实现对机器人的控制，用户体验更佳。

(5)本实用新型可通过显示器和状态显示电路使机器人做出各种表情，实现机器人与人的交流互动。

附图说明

图1为本实用新型的电路示意图；

图2为本实用新型的器件连接示意图；

图3为本实用新型的电源电路的电路图；

图4为本实用新型的运动电路的电路图；

图5为本实用新型的数据采集电路的电路图一；

图6为本实用新型的数据采集电路的电路图二。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅图1，本实用新型提供一种技术方案：一种机器人控制系统，包括主控板和工控电脑，其特征在于：所述主控板与工控电脑连接，所述主控板分别与电源电路、显示器、运动电路、数据采集电路、状态显示电路电性连接，所述工控电脑分别与显示电路、导航电路、语音电路电性连接；所述运动电路包括底盘电机和头部电机，底盘电机控制机器人滚轮的运动状态，头部电机控制机器人头部在各个方向转动；所述数据采集电路包括超声波电路、红外电路、头部触摸电路、防跌落电路、六轴陀螺仪；所述语音电路包括声音识别电路，所述声源识别电路与所述导航电路都通过同一数据接口与主控板电性连接，控制所述底盘电机和所述头部电机的运动状态；工控电脑可切换所述数据接口的接入对象。

所述超声波电路包括超声波传感器，红外电路包括红外传感器，头部触摸电路包括触摸传感器，防跌落电路包括防跌落传感器；所述声源识别电路包括声源定位装置和咪头阵列板，声源定位装置使用现有技术；进一步的，所述语音电路还包括功放电路、喇叭、咪头，在此实施例中，功放电路为功放板；所述导航电路具有接收、处理外部输入的遥控信息功能，包括摄像头或激光雷达；所述运动电路还包括头部电机编码器、底盘电机编码器；所述头部电机编码器、底盘电机编码器把角位移或直线位移转换成电信号；所述电源电路还包括充电控制板和电池模组；所述显示器包括左眼TFT显示器和右眼TFT显示器，所述状态显示电路包括彩色的头部呼吸灯或单色的底部灯带，所述显示器和所述状态显示电路用于实现机器人的各种表情；导航电路包括SLAM导航模块，可规划机器人的行进路线；优选的，底盘电机和头部电机均设置有两个，两个底盘电机分别对应着2个驱动轮，两个头部电机分别对应控制左右转动和上下转动的传动结构。

工控电脑可在不同时间段切换所述数据接口的接入对象，切换所述声源识别电路或所述导航电路与主控板连接，所述同一类型的数据接口也可为同一数据接口，节省硬件成本。

如图2所示，主控板通过串口与工控电脑电性连接，以此传输数据；主控板通过I/O端口与充电控制板连接，充电控制板与电池模组连接，电池模组通过I2C总线与主控板连接，电池模组的输出电压为16.8v；主控板还通过多个串口分别与头部呼吸灯、底部灯带、六轴陀螺仪、底盘编码器、头部编码器、超声波传感器、红外传感器、触摸传感器、防跌落传感器电性连接。底盘编码器为1024线编码器，与底盘电机电性连接，头部编码器为4线编码器，与头部电机电性连接。主控板还通过串口与左眼TFT显示器、右眼TFT显示器电性连接，左眼TFT显示器、右眼TFT显示器的额定电压为5V、额定电流为0.1A，主控板还与功放板连接，功放板的额定电压为5V、额定电流为0.6A；工控电脑通过音频口与功放板连接，功放板与2个喇叭电性连接，工控电脑的额定电压为12V、额定电流为1.4A；工控电脑通过音频口与咪头连接，工控电脑通过VGA接口与TFT显示器连接，TFT显示器的额定电压为12V、额定电流为0.6A，工控电脑通过USB总线与触摸屏、摄像头连接；工控电脑通过网口与SLAM导航模块连接，SLAM导航模块为现有技术，安装在导航板上；SLAM导航模块通过USB总线与激光雷达电性连接，以此传输数据，SLAM导航模块的额定电压为5V、额定电流为4A；工控电脑通过串口与声源定位装置连接，声源定位装置与咪头阵列板电性连接。工控电脑还可通过接口与外部电子设备进行数据传输。

如图3、图4、图5所示，为本实用新型的电源电路的电路图，电源采用CN3704主芯片，CN3704是PWM降压模式四节锂电池充电管理集成电路，独立对四节锂电池充电进行自动管理，CN3704具有恒流和恒压充电模式，非常适合锂电池的充电。在恒压充电模式，CN3704将电池模组的电压调制在16.8V，精度为±1％；在恒流充电模式，充电电流通过一个外部电阻设置。电源电路还包括稳压电路，电池模组通过稳压电路给主控板提供16.8V的恒定电压，16.8V的恒定电压再通过HM3105芯片和如图所示的稳压电路给语音电路提供5V电压、给导航电路提供5V电压、给工控电脑提供12V的电压、给摄像头提供12V的电压、给运动电路(底盘电机、头部电机)提供12V的电压，还给超声波传感器、红外传感器、触摸传感器分别提供5V电压，图3中所述的工控机为工控电脑。HM3105是一款DC-DC降压大电流、高效率开关电源芯片，可将高电压转化成低电压。在机器人的脖子上还设置有位置传感器，位置传感器用于检测机器人脖子的实时位置，比如机器人脖子的角度、角速度、姿态等。如图5所示，5V电压通过74LVC4245A电平转换芯片转换为3.3V电压，用于给位置传感器供电和用于给六轴陀螺仪的供电，74LVC4245A电平转换芯片还与2个头部电机和2个底盘电机连接；图5中，5V电压通过3个SN74LVC1G32DCKR芯片的电路接入超声波传感器。图6中包括了2个CP2102芯片，CP2102包括USB 2.0全速功能控制器、USB收发器、振荡器、EEPROM和UART，通过驱动程序将PC的USB口虚拟成COM口以达到扩展的目的，同时，也给头部呼吸灯和底部灯带提供电压。

本实用新型的工作原理及使用流程：该机器人控制系统启动后，通过手机APP或语音传输声音信号A给语音电路，语音电路的咪头阵列板将声音信号A转换为电信号，将该电信号传输给声源定位装置，判断该声音的方向，声源定位装置将包含方向的信号B通过UART接口传输给工控电脑，进而传输给主控板，主控板根据信号B的方向，控制和调节头部编码器和底盘编码器，进而控制头部电机、底盘电机的转向和转速。

SLAM导航模块将规划好的包含行进路线的信号C发送给工控电脑，工控电脑通过同一类型的数据接口(UART接口)传输给主控板，主控板进而根据信号C的信息控制和调节头部编码器和底盘编码器，进而控制头部电机、底盘电机的转向和转速。

工控电脑根据语音电路是否有信号传输，进行数据接口的切换。语音电路的信号传输为第一优先级，SLAM导航模块的信号传输为第二优先级，在工控电脑按照SLAM导航模块的信号C来工作时，可随时被语音电路的信号A中断，进而切换数据接口给语音电路，使主控板转而执行语音电路的任务。

超声波传感器和红外传感器来对机器人工作的环境进行实时检测，当机器人周边有障碍物时，通过超声波传感器和红外传感器来检测与障碍物的距离，防止机器人撞上障碍物导致损坏，防跌落传感器可以检测到机器人底部接触的距离，防跌落电路内部的距离传感器将信号传输给主控板，主控板将信号传输给工控电脑，工控电脑进行判断后，进而将相应命令传输给主控板，主控板控制运动电路的转向和转速，防止机器人跌落。

在机器人做任何动作的过程中，六轴陀螺仪都在实时检测机器人的角度、角速度、加速度、位移等参数的变化，将变化信息传输给工控电脑，进行相应的判断。

激光雷达，向周围环境发射探测信号(激光束),然后将接收到的从周围环境物体反射回来的信号(激光回波)与发射信号进行比较，作适当处理后,就可获得目标的有关信息，如目标距离、方位、高度、速度、姿态、甚至形状等参数,从而对周围环境、特定的活动物体进行探测、跟踪和识别，将所述探测、跟踪、识别的信息发送给SLAM导航模块，进而发送给工控电脑，帮助导航电路更好的规划行进路线，可纠正偏移路线，也可帮助工控电脑判断当前运动状态。

本实用新型还包括全面覆盖主控板的金属外壳，金属外壳可屏蔽外部电磁波信号干扰，在工控电脑不介入的情况下，也可保证主控板稳定可靠的运作。金属外壳可为机器人的外壳，也可为只全面覆盖主控板的盒子形状。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (6)

1.一种机器人控制系统，包括主控板和工控电脑，其特征在于：所述主控板与工控电脑电性连接，所述主控板分别与电源电路、显示器、运动电路、数据采集电路、状态显示电路电性连接，所述工控电脑分别与显示电路、导航电路、语音电路电性连接；

所述运动电路包括底盘电机和头部电机，底盘电机控制机器人滚轮的运动状态，头部电机控制机器人头部在各个方向转动；

所述数据采集电路包括超声波电路、红外电路、头部触摸电路、防跌落电路、六轴陀螺仪；

所述语音电路包括声源识别电路，所述声源识别电路与所述导航电路都通过同一类型的数据接口与主控板电性连接，控制所述底盘电机和所述头部电机的运动状态；工控电脑设置在声源识别电路和导航电路与主控板电性连接的电路中间，工控电脑可切换所述数据接口的接入对象。

2.根据权利要求1所述的一种机器人控制系统，其特征在于：所述语音电路还包括功放电路、喇叭、咪头。

3.根据权利要求1所述的一种机器人控制系统，其特征在于：所述导航电路具有接收、处理外部输入的遥控信息功能，包括摄像头或激光雷达。

4.根据权利要求1所述的一种机器人控制系统，其特征在于：所述运动电路还包括头部电机编码器、底盘电机编码器。

5.根据权利要求1所述的一种机器人控制系统，其特征在于：所述电源电路包括充电控制板和电池模组。

6.根据权利要求1所述的一种机器人控制系统，其特征在于，所述显示器包括左眼TFT显示器和右眼TFT显示器，所述状态显示电路包括彩色头部呼吸灯或单色底部灯带，所述显示器和所述状态显示电路用于实现机器人的各种表情。