CN209044388U - 一种智能机器人底盘控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种智能机器人底盘控制系统，包括工控机，还包括与工控机网络连接的交换机、与工控机信号连接的嵌入式主板以及多个与嵌入式主板信号连接的挂接模块，所述工控机发送的控制指令经由嵌入式主板下发至各个挂接模块。本实用新型中嵌入式主板可以连接所有子设备，只需要嵌入式主板与工控机进行通讯，节省了工控机的通讯接口。嵌入式主板整合了所有的子设备，实时监控子设备的运行情况，保证底盘能正常工作，即使出现异常，也能精确定位异常信息。嵌入式主板采用实时操作系统，能够精确操作所有子设备，保证底盘能实时、精确的工作。

Description

一种智能机器人底盘控制系统

技术领域

本实用新型属于智能科技技术领域，具体涉及一种智能机器人底盘控制系统。

背景技术

有人车的车身控制主要是控制门、窗、灯等设备的开关和状态感知，而无人车由于只有PC机控制系统，所以车身控制的输入输出是通过与PC机交互数据来完成，车身控制系统的感知方面不仅要控制和感知柜门、灯光等，还需要感知位置和姿态信息，感知和控制驱动电机等内容，在算法策略方面更复杂，侧重点也不一样。

其中目前，目前没有针对智能机器人的底盘控制系统，智能机器人在没有底盘控制系统时，所有机器人的信息单独连接到工控机，大量占用工控机通讯接口，且工控机需要独立处理每个子设备的信息，占用工控机的处理资源。并且，由于工控机操作系统一般为Linux或Windows，都是非实时系统，无法精确控制底盘的所有设备，会产生大量的延时和误差。

实用新型内容

为了解决上述问题，本实用新型一种智能机器人底盘控制系统，通过嵌入式主板为核心，通过多通讯线路连接所有内部设备，按照相关逻辑对机器人底盘进行控制。

本实用新型的技术方案为：一种智能机器人底盘控制系统，包括工控机，还包括与工控机网络连接的交换机、与工控机信号连接的嵌入式主板以及多个与嵌入式主板信号连接的挂接模块，所述工控机发送的控制指令经由嵌入式主板下发至各个挂接模块。

本实用新型中机器人底盘以嵌入式主板为核心，通过各通讯总线上的挂接模块组成各个子系统，所有子系统统合在嵌入式主板下接受工控机的控制指令。例如本实用新型中工控机通过前后桥系统控制底盘的运行，通过位置感知系统获取底盘的位置状态，通过电源管理系统获取底盘电源信息，通过控制灯光系统完成底盘灯光控制，底盘通过电源管理系统来保证底盘供电正常，通过防撞系统来避免发生碰撞事故。

作为优选，所述挂接模块包括旋转编码器、电池、GPS接收机、伺服电机、遥控接收机、灯光装置、转向电机、防撞条、激光雷达、角度传感器以及超声波装置。

作为优选，所述嵌入式主板通过全双工串口与所述工控机进行通讯连接。由于距离很近，所以全双工串口可以运行在极高的速度(115200bps或更高速度)。嵌入式主板向工控机发送底盘姿态信息，接收工控机下发的控制指令。

作为优选，所述嵌入式主板通过CAN总线连接旋转编码器，并通过PWM控制转向电机，所述嵌入式主板、旋转编码器以及转向电机组成前桥控制子系统，所述前桥控制子系统通过控制转向电机让前桥转向，通过旋转编码器反馈的角度信息来完成闭环控制。

作为优选，所述嵌入式主板通过CAN总线控制伺服电机，所述嵌入式主板和伺服电机组成后桥驱动子系统，所述嵌入式主板控制伺服电机，并实时接收伺服电机的运行状态信息。本实用新型可以采用同步、高速通讯控制伺服电机，并实时反馈后桥伺服电机的速度、位置等状态信息，可以实时控制速率达到50Hz和100Hz两个等级。

作为优选，所述嵌入式主板通过半双工串口与电池的BMS进行通讯连接，并且通过IO口控制继电器，所述嵌入式主板、电池以及继电器组成电源管理子系统。本实用新型中电源管理子系统实时监控电池输出，及时调配机器人电源使用，保证机器人的安全与可靠。

作为优选，所述嵌入式主板通过全双工串口与超声波装置通讯连接，并通过IO口获取激光雷达和防撞条反馈信息，所述嵌入式主板、超声波装置、激光雷达以及防撞条组成车身防撞子系统。本实用新型中可以通过超声波装置监控近距离足够体积障碍物，激光雷达获取前方足够高度的障碍物，防撞条作为最后触碰防撞触发保证。

作为优选，所述嵌入式主板通过全双工串口连接GPS接收机，通过GPS接收机获取绝对位置信息，所述嵌入式主板通过全双工串口连接角度传感器获取底盘绝对放心信息，所述嵌入式主板、GPS接收机以及角度传感器组成机器人位置感知子系统，所述机器人位置感知子系统用于反馈机器人的位置和运动信息。本实用新型中嵌入式主板从后桥驱动子系统中获取到车轮位置信息，从前桥控制系统中获取前桥转向信息，通过232连接GPS获取绝对位置信息，通过232连接角度传感器获取底盘绝对方向信息，组成机器人位置感知子系统，这个子系统能实时反馈机器人的位置和运动信息。

作为优选，所述嵌入式主板通过IO口与灯光装置连接，所述嵌入式主板与灯光装置组成机器人灯光子系统，所述机器人灯光子系统根据工控机的控制指令和自身逻辑来完成机器人的灯光指示功能。

作为优选，所述嵌入式主板通过串口连接遥控接收机，所述嵌入式主板和遥控接收机组成遥控子系统，遥控子系统接收手持遥控器的控制信息，发送给嵌入式主板，完成外部对机器人的遥控动作。

作为优选，所述激光雷达与所述交换机网络连接。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果体现在：

(1)本实用新型中嵌入式主板可以连接所有子设备，只需要嵌入式主板与工控机进行通讯，节省了工控机的通讯接口。嵌入式主板整合了所有的子设备，实时监控子设备的运行情况，保证底盘能正常工作，即使出现异常，也能精确定位异常信息。嵌入式主板采用实时操作系统，能够精确操作所有子设备，保证底盘能实时、精确的工作。

(2)本实用新型将智能机器人的底盘整合成一体，统一对工控机的接口，这样可以简化机器人的整体设计，提高机器人的可靠性。底盘可以完成所有子系统的自检，实时将异常信息上报给工控机和后台，这样后台就可以实时获取机器人的所有信息。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，本实用新型包括工控机1，还包括与工控机1网络连接的交换机2、与工控机1信号连接的嵌入式主板3以及多个与嵌入式主板3信号连接的挂接模块，工控机1发送的控制指令经由嵌入式主板3下发至各个挂接模块。

本实用新型中机器人底盘以嵌入式主板3为核心，通过各通讯总线上的挂接模块组成各个子系统，所有子系统统合在嵌入式主板3下接受工控机1的控制指令。本实用新型中挂接模块包括旋转编码器、电池、GPS接收机、伺服电机、遥控接收机、灯光装置、转向电机、防撞条、激光雷达、角度传感器以及超声波装置等。例如本实用新型中工控机1通过前后桥系统控制底盘的运行，通过位置感知系统获取底盘的位置状态，通过电源管理系统获取底盘电源信息，通过控制灯光系统完成底盘灯光控制，底盘通过电源管理系统来保证底盘供电正常，通过防撞系统来避免发生碰撞事故。

其中，本实用新型中嵌入式主板3通过全双工串口与工控机1进行通讯连接。由于距离很近，所以全双工串口可以运行在极高的速度(115200bps或更高速度)。嵌入式主板3向工控机1发送底盘姿态信息，接收工控机1下发的控制指令。

本实用新型中嵌入式主板3通过CAN总线连接旋转编码器，并通过PWM控制转向电机，嵌入式主板3、旋转编码器以及转向电机组成前桥控制子系统，前桥控制子系统通过控制转向电机让前桥转向，通过旋转编码器反馈的角度信息来完成闭环控制。

本实用新型中嵌入式主板3通过CAN总线控制伺服电机，嵌入式主板3和伺服电机组成后桥驱动子系统，嵌入式主板3控制伺服电机，并实时接收伺服电机的运行状态信息。本实用新型可以采用同步、高速通讯控制伺服电机，并实时反馈后桥伺服电机的速度、位置等状态信息，可以实时控制速率达到50Hz和100Hz两个等级。

本实用新型中嵌入式主板3通过半双工串口与电池的BMS进行通讯连接，并且通过IO口控制继电器，嵌入式主板3、电池以及继电器组成电源管理子系统。本实用新型中电源管理子系统实时监控电池输出，及时调配机器人电源使用，保证机器人的安全与可靠。

本实用新型中嵌入式主板3通过全双工串口与超声波装置通讯连接，并通过IO口获取激光雷达和防撞条反馈信息，嵌入式主板3、超声波装置、激光雷达以及防撞条组成车身防撞子系统。本实用新型中可以通过超声波装置监控近距离足够体积障碍物，激光雷达获取前方足够高度的障碍物，防撞条作为最后触碰防撞触发保证。

本实用新型中嵌入式主板3通过全双工串口连接GPS接收机，通过GPS接收机获取绝对位置信息，嵌入式主板3通过全双工串口连接角度传感器获取底盘绝对放心信息，嵌入式主板3、GPS接收机以及角度传感器组成机器人位置感知子系统，机器人位置感知子系统用于反馈机器人的位置和运动信息。本实用新型中嵌入式主板3从后桥驱动子系统中获取到车轮位置信息，从前桥控制系统中获取前桥转向信息，通过232连接GPS获取绝对位置信息，通过232连接角度传感器获取底盘绝对方向信息，组成机器人位置感知子系统，这个子系统能实时反馈机器人的位置和运动信息。

本实用新型中嵌入式主板3通过IO口与灯光装置连接，嵌入式主板3与灯光装置组成机器人灯光子系统，机器人灯光子系统根据工控机1的控制指令和自身逻辑来完成机器人的灯光指示功能。

本实用新型中嵌入式主板3通过串口连接遥控接收机，嵌入式主板3和遥控接收机组成遥控子系统，遥控子系统接收手持遥控器的控制信息，发送给嵌入式主板3，完成外部对机器人的遥控动作。

本实用新型中激光雷达与交换机2网络连接。

本实用新型中的IMU(型号JY901)，遥控器和接收机(型号：FrSky与mini接收机)，锂电池(带BMS的48V锂电池)，防撞条和灯光(符合功能即可)，转向电机(标准步进电机和控制器)，旋转编码器(支持CAN总线的4096线旋转编码器)，伺服电机(750W伺服电机加上控制器)，GPS接收机(标准GPS接收机移动站)，嵌入式主板的型号也可以有多种，采用现有多种型号均可。

本实用新型将以上设备，如图1中的连接方式连接，即可组成多通讯复合底盘控制系统，在嵌入式主板中添加相关设备驱动形成控制逻辑即可。

Claims (10)

1.一种智能机器人底盘控制系统，包括工控机，其特征在于，还包括与工控机网络连接的交换机、与工控机信号连接的嵌入式主板以及多个与嵌入式主板信号连接的挂接模块，所述工控机发送的控制指令经由嵌入式主板下发至各个挂接模块。

2.如权利要求1所述的智能机器人底盘控制系统，其特征在于，所述挂接模块包括旋转编码器、电池、GPS接收机、伺服电机、遥控接收机、灯光装置、转向电机、防撞条、激光雷达、角度传感器以及超声波装置。

3.如权利要求2所述的智能机器人底盘控制系统，其特征在于，所述嵌入式主板通过全双工串口与所述工控机进行通讯连接。

4.如权利要求2所述的智能机器人底盘控制系统，其特征在于，所述嵌入式主板通过CAN总线连接旋转编码器，并通过PWM控制转向电机，所述嵌入式主板、旋转编码器以及转向电机组成前桥控制子系统，所述前桥控制子系统通过控制转向电机让前桥转向，通过旋转编码器反馈的角度信息来完成闭环控制。

5.如权利要求2所述的智能机器人底盘控制系统，其特征在于，所述嵌入式主板通过CAN总线控制伺服电机，所述嵌入式主板和伺服电机组成后桥驱动子系统，所述嵌入式主板控制伺服电机，并实时接收伺服电机的运行状态信息。

6.如权利要求2所述的智能机器人底盘控制系统，其特征在于，所述嵌入式主板通过半双工串口与电池的BMS进行通讯连接，并且通过IO口控制继电器，所述嵌入式主板、电池以及继电器组成电源管理子系统。

7.如权利要求2所述的智能机器人底盘控制系统，其特征在于，所述嵌入式主板通过全双工串口与超声波装置通讯连接，并通过IO口获取激光雷达和防撞条反馈信息，所述嵌入式主板、超声波装置、激光雷达以及防撞条组成车身防撞子系统。

8.如权利要求2所述的智能机器人底盘控制系统，其特征在于，所述嵌入式主板通过全双工串口连接GPS接收机，通过GPS接收机获取绝对位置信息，所述嵌入式主板通过全双工串口连接角度传感器获取底盘绝对放心信息，所述嵌入式主板、GPS接收机以及角度传感器组成机器人位置感知子系统，所述机器人位置感知子系统用于反馈机器人的位置和运动信息。

9.如权利要求2所述的智能机器人底盘控制系统，其特征在于，所述嵌入式主板通过IO口与灯光装置连接，所述嵌入式主板与灯光装置组成机器人灯光子系统，所述机器人灯光子系统根据工控机的控制指令和自身逻辑来完成机器人的灯光指示功能。

10.如权利要求2所述的智能机器人底盘控制系统，其特征在于，所述嵌入式主板通过串口连接遥控接收机，所述嵌入式主板和遥控接收机组成遥控子系统，遥控子系统接收手持遥控器的控制信息，发送给嵌入式主板，完成外部对机器人的遥控动作。