CN215895281U - 一种球形机器人的控制装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种球形机器人的控制装置，其特征在于，包括控制模块、接口模块和计算模块；所述接口模块分别连接控制模块和计算模块；所述控制模块包括控制主板，以及分别与控制主板连接的电机驱动模块、定位模块、无线遥控模块和传感器模块；所述控制板上集成有主处理器、协处理器、FRAM、TF卡、线性稳压电路和接口保护电路；所述接口模块包括单片机，以及与单片机分别连接的电源管理模块和外部接口，外部接口分别连接碰撞检测电路和电磁铁吸合控制电路；所述计算模块包括计算核心板和WiFi无线模块。本实用新型能够控制球形机器人的自动拼接和拆分，以及飞行和地面滚动，单个智能模块可进行飞行任务，多模块拼接后可进行地面滚动任务。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种无人机控制装置，特别是一种球形机器人的控制装置。
背景技术
随着智能设备的普及化，以无人机为代表的无人系统的大量出现人们的生活中。现有球形无人系统大部分只有单独的无人机或球形机器人，很少有通过拼接，既能实现飞行，又能执行地面滚动任务的。本实用新型球形无人系统是一种包含多个智能模块的球形机器人，其中单个智能模块可进行飞行任务，航行任务等，多模块拼接后可进行地面滚动任务。相比于轮式或轨道式机器人，球形机器人具有较强的结构恢复能力、且其运动阻力较小，所以球形机器人具有运动效率高、能量损耗小的特点。针对以上优势，球形机器人可以应用于危险环境的探测，管道内部的焊缝检测、进行监控侦察等方面，在军事、民用领域具有广阔的应用前景。由于球形机器人结构的特殊性和拼接的复杂性，需要设计专门的控制装置来实现球形机器人的飞行和拼接地面滚动。
实用新型内容
本实用新型的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种球形机器人的控制装置，通过设计的控制模块、接口模块和计算模块，既能控制拆分机器人的飞行，又能控制机器人的自动拼接，并执行地面滚动任务，满足两栖使用。
本实用新型采用的技术方案如下：
本实用新型一种球形机器人的控制装置，包括控制模块、接口模块和计算模块；所述接口模块分别连接控制模块和计算模块；
所述控制模块包括控制主板，以及分别与控制主板连接的电机驱动模块、定位模块、无线遥控模块和传感器模块；所述控制主板上集成有主处理器、协处理器、FRAM、TF卡、线性稳压电路和接口保护电路；
所述接口模块包括单片机，以及与单片机分别连接的电源管理模块和外部接口，外部接口分别连接碰撞检测电路和电磁铁吸合控制电路；所述外部接口包括USB接口、TF卡接口、HDMI接口、CIS摄像头接口、PWM输出接口、RGB指示灯接口；所述计算模块包括计算核心板和WiFi无线模块。
以上结构，控制模块，通过设置有控制主板、电机驱动模块、定位模块、无线遥控模块和传感器模块，以及控制主板上集成的主处理器、协处理器、FRAM、TF卡、线性稳压电路和接口保护电路；用于进行球形机器人的姿态检测与运动控制、定位导航，并与计算模块通信完成球形机器人的自动拼接，多机协同等复杂控制任务。接口模块，通过设置有单片机、电源管理模块和多个外部接口；用于为控制装置各个部件进行供电及电源管理，并引出控制模块与计算模块所必要的接口，以连接整个控制装置。计算模块集成有WiFi无线模块，用于多控制装置间的组网通信，图像回传及处理系统的高级指令，完成图像检测，目标跟踪及任务规划等任务。通过控制模块、接口模块和计算模块，从而控制球形机器人的运动。
作为优选，所述接口模块通过板对板连接器分别连接控制模块和计算模块。
作为优选，所述电源管理模块包括DC-DC电源转换电路、电源故障切换电路和电压电流采样电路。
以上结构，DC-DC电源转换电路，把电源电压转换成所需要的工作电压；电源故障切换电路为电源提供故障保护；电压电流采样电路，对电路电压、电流进行检测，便于控制管理。
作为优选，所述电源管理模块还连接电源；所述电源包括DC5V电源、DC12V电源和DC3.3V电源。
以上结构，电源包括多个不同电压的，DC5V电源、DC12V电源和DC3.3V电源，能够满足不同电路的工作电压要求。
作为优选，所述控制模块还分别连接陀螺仪、加速度计、磁力计、气压计、U-BloxGPS定位模块、NRF24L01无线模块、电机；所述陀螺仪、加速度计、磁力计、气压计分别连接传感器模块；所述U-Blox GPS定位模块连接定位模块；所述NRF24L01无线模块连接无线遥控模块；所述电机连接电机驱动模块。
以上结构，控制模块通过连接的陀螺仪、加速度计、磁力计、气压计、U-Blox GPS定位模块检测机器人所处的环境和位置，并通过NRF24L01无线模块与地面站进行通信，同时驱动球形机器人的电机工作，从而实现机器人的运动控制。
作为优选，所述电磁铁吸合控制电路，用于多模块间的模式切换及自动拼接功能；所述碰撞检测电路用于多模块自动拼接时的状态信号检测；所述CIS摄像头接口连接用于机器人第一视角图像回传和任务模式下的目标检测与识别的摄像头；所述RGB指示灯接口连接状态指示灯。
以上结构，电磁铁吸合控制电路能够控制电磁铁的通断电，在需要将机器人拼接时，电磁铁通电，电磁铁之间有磁吸力，将几个智能模块拼接成球形，进行地面滚动任务；当需要拆开球形机器人时，电磁铁断电，电磁体之间的吸力消失，智能模块分开，用于单独飞行任务中。碰撞检测电路，能够对拼接时的碰撞进行检测，从而监控自动拼接状态。
作为优选，所述碰撞检测电路连接碰撞检测开关；所述电磁铁吸合控制电路连接球形机器人单个智能模块进行相互拼接的电磁铁。
以上结构，碰撞检测开关检测到是否碰撞，然后发送给检测电路，了解碰撞情况；电磁铁用于智能模块之间的拼接。
作为优选，所述控制板通过FPC连接器连接传感器模块。
作为优选，所述球形机器人为正六面体结构的球形机器人；所述正六面体结构的球形机器人由六个智能模块相互拼接组成。
以上结构，正六面体结构的球形机器人能够满足地面滚动任务的需求，在滚动中阻力小；将六个智能模块从六个面进行拼接，可以形成球形的拼接后机器人，方便工作。
作为优选，所述智能模块为四旋翼无人机。
以上结构，四旋翼无人机可以单独的进行飞行，拼接后，通过各个智能模块的电机之间的配合，完成地面滚动任务。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本实用新型的有益效果是：与现有技术相比，本实用新型设计专用的控制装置，既能控制球形机器人执行地面滚动任务，又能控制单个无人机智能模块的飞行和航行任务，还能控制单个无人机智能模块自动拼接成球形机器人，以及球形机器人拆分成单个无人机智能模块，自动实现转换，适用于不同的场景需要。
附图说明
图1是本实用新型一种球形机器人的控制装置结构示意图。
图2是实施例中控制模块的结构示意图。
图3是实施例中接口模块的结构示意图。
图4是实施例中球形机器人的结构示意图。
图5是球形机器人中智能模块的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图，对本实用新型作详细的说明。
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
如图1所示，本实用新型公开了一种球形机器人的控制装置，包括控制模块、接口模块和计算模块；所述接口模块分别连接控制模块和计算模块；
所述控制模块包括控制主板，以及分别与控制主板连接的电机控制模块(电机驱动模块)、定位模块、无线遥控模块和传感器模块；所述控制模块，用于进行球形机器人的姿态检测与运动控制、定位导航，并与计算模块通信完成球形机器人的自动拼接，多机协同等复杂控制任务；
所述接口模块包括单片机，以及与单片机分别连接的电源管理模块和外部接口、摄像头模块、指示灯模块，外部接口分别连接碰撞检测模块和电磁铁控制模块，碰撞检测模块包括碰撞检测电路，以及与碰撞检测电路连接的碰撞检测开关；电磁铁控制模块包括电磁铁吸合控制电路，以及与其连接的球形机器人单个智能模块进行相互拼接的电磁铁；所述电磁铁吸合控制电路，用于多模块间的模式切换及自动拼接功能；所述碰撞检测电路用于多模块自动拼接时的状态信号检测；
所述外部接口包括USB接口、TF卡接口、HDMI接口、PWM输出接口；所述接口模块，用于为控制装置各个部件进行供电及电源管理，并引出控制模块与计算模块所必要的接口，以连接整个控制装置；
所述计算模块包括计算核心板和WiFi无线模块；所述计算模块，用于多控制装置间的组网通信，图像回传及处理系统的高级指令，完成图像检测，目标跟踪及任务规划等任务。
还包括与电机控制模块连接的动力模块，动力模块包含4个T-motor F1507无刷动力电机，为单个球形智能模块提供动力。
如图2所示，在实施例中，控制模块的控制主板上集成有STM32主处理器、STM32协处理器、FRAM、TF卡、线性稳压电路和接口保护电路；控制模块还分别连接陀螺仪、加速度计、磁力计、气压计、U-Blox GPS定位模块、NRF24L01无线模块、电机，电机包括电机1、电机2、电机3、电机4；所述陀螺仪、加速度计、磁力计、气压计分别连接传感器模块；所述U-BloxGPS定位模块连接定位模块；所述NRF24L01无线模块连接无线遥控模块；所述电机连接电机控制模块(电机驱动模块)。
所述传感器模块优选IMU。所述IMU传感器模块包含三组加速度计、陀螺仪传感器、一个气压计及线性稳压电源，与所述控制模块的输入端连接；所述陀螺仪、加速度计用于感知机器人姿态信息，气压计用于定高，与所述控制模块的传感器输入接口连接。所述NRF24L01无线模块用于与遥控器进行通讯，进行机器人的手动控制。
如图3所示，在实施例中，接口模块包括STM32单片机，以及与STM32单片机分别连接的电源管理模块和外部接口，外部接口分别连接碰撞检测模块和电磁铁控制模块；所述外部接口包括USB接口、TF卡接口、HDMI接口、CIS摄像头接口、PWM输出接口、RGB指示灯接口；所述CIS摄像头接口连接用于机器人第一视角图像回传和任务模式下的目标检测与识别的摄像头；所述RGB指示灯接口连接状态指示灯。
所述电源管理模块包括DC-DC电源转换电路、电源故障切换电路和电压电流采样电路，优选采用TPS54560及MP9942 DC-DC电源转换电路、LTC4417电源故障切换电路、电压及INA169电流采样电路；所述电源管理模块还连接电源；所述电源包括DC5V电源、DC12V电源和DC3.3V电源。所述接口模块通过板对板连接器分别连接控制模块和计算模块。控制模块与接口模块通过两对50pin板对板连接器进行电气连接及通信，且使用螺栓与接口板进行结构固定。计算模块与接口模块通过两对100pin板对板连接器进行电气连接及通信，且使用螺栓与接口板进行结构固定。
在实施例中，计算模块优选采用树莓派CM4计算核心板和WiFi无线模块；所述计算模块，用于多控制装置间的组网通信，图像回传及处理系统的高级指令，完成图像检测，目标跟踪及任务规划等任务。所述控制板通过FPC连接器连接传感器模块。
如图4和5所示，本实用新型所采用的球形机器人，优选使用正六面体结构的球形机器人；所述正六面体结构的球形机器人由六个智能模块相互拼接组成；所述智能模块为四旋翼无人机；所述四旋翼无人机包括保形外框、防水壳体、支架、旋翼机构和磁吸连接件；保形外框为内接球体正六面体中的一面且成球面结构，且中间呈网状，防水壳体结构与保形外框相似，防水壳体包括上壳体和下壳体，上壳体和下壳体形成防水腔，防水腔内设置有磁吸连接件，支架安装在保形外框下的防水腔上，支架上安装有旋翼机构。当需要执行地面滚动任务时，控制智能模块停放在一起，通过磁吸连接件将六个智能模块吸到一起，拼成球形机器人；当只需要智能模块单独执行飞行任务时，控制磁吸连接件失磁，智能模块拆分开使用。球形机器人能够非常灵活的应对不同场景的需要，自动拼接组合和拆分。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，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的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种球形机器人的控制装置，其特征在于，包括控制模块、接口模块和计算模块；所述接口模块分别连接控制模块和计算模块；所述控制模块包括控制主板，以及分别与控制主板连接的电机驱动模块、定位模块、无线遥控模块和传感器模块；所述控制主板上集成有主处理器、协处理器、FRAM、TF卡、线性稳压电路和接口保护电路；
所述接口模块包括单片机，以及与单片机分别连接的电源管理模块和外部接口，外部接口分别连接碰撞检测电路和电磁铁吸合控制电路；所述外部接口包括USB接口、TF卡接口、HDMI接口、CIS摄像头接口、PWM输出接口、RGB指示灯接口；
所述计算模块包括计算核心板和WiFi无线模块。
2.根据权利要求1所述的球形机器人的控制装置，其特征在于，所述接口模块通过板对板连接器分别连接控制模块和计算模块。
3.根据权利要求1所述的球形机器人的控制装置，其特征在于，所述电源管理模块包括DC-DC电源转换电路、电源故障切换电路和电压电流采样电路。
4.根据权利要求1或3所述的球形机器人的控制装置，其特征在于，所述电源管理模块还连接电源；所述电源包括DC5V电源、DC12V电源和DC3.3V电源。
5.根据权利要求1所述的球形机器人的控制装置，其特征在于，所述控制模块还分别连接陀螺仪、加速度计、磁力计、气压计、U-Blox GPS定位模块、NRF24L01无线模块、电机；所述陀螺仪、加速度计、磁力计、气压计分别连接传感器模块；所述U-Blox GPS定位模块连接定位模块；所述NRF24L01无线模块连接无线遥控模块；所述电机连接电机驱动模块。
6.根据权利要求1所述的球形机器人的控制装置，其特征在于，所述电磁铁吸合控制电路，用于多模块间的模式切换及自动拼接功能；所述碰撞检测电路用于多模块自动拼接时的状态信号检测；所述CIS摄像头接口连接用于机器人第一视角图像回传和任务模式下的目标检测与识别的摄像头；所述RGB指示灯接口连接状态指示灯。
7.根据权利要求1所述的球形机器人的控制装置，其特征在于，所述碰撞检测电路连接碰撞检测开关；所述电磁铁吸合控制电路连接球形机器人单个智能模块进行相互拼接的电磁铁。
8.根据权利要求1所述的球形机器人的控制装置，其特征在于，所述控制主板通过FPC连接器连接传感器模块。
9.根据权利要求1所述的球形机器人的控制装置，其特征在于，所述球形机器人为正六面体结构的球形机器人；所述正六面体结构的球形机器人由六个智能模块相互拼接组成。
10.根据权利要求9所述的球形机器人的控制装置，其特征在于，所述智能模块为四旋翼无人机。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114926917A (zh) * | 2022-06-02 | 2022-08-19 | 台州宏创电力集团有限公司科技分公司 | 一种控制魔方及其控制方法 |
-
2021
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