CN220809136U - 一种自适应电子差速控制系统、汽车及机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种自适应电子差速控制系统、汽车及机器人，该系统包括：上位机，所述上位机包括处理器系统和传感器组件；下位机，所述下位机包括驱动控制器、与所述驱动控制器连接的驱动板、驱动层传感器以及联轴器，所述驱动控制器与所述处理器系统连接，所述驱动层传感器包括编码器和电机；电源模块以及多个轨道轮，所述电源模块包括电源本体和降压模块，所述电源本体与所述驱动板连接，也通过降压模块与所述处理器系统连接。本实用新型利用各种传感器获取车辆或机器人的相关数据和外部环境信息，采用上位机与下位机结合的方式处理数据，根据实际情况动态实时调整轨道轮的差速以及转向，以适应不同的作业场景和运动需求。

Description

一种自适应电子差速控制系统、汽车及机器人

技术领域

本实用新型涉及差速控制技术领域，尤其涉及一种自适应电子差速控制系统、汽车及机器人。

背景技术

差速器通常应用于诸如自动驾驶、机器人技术、电动汽车、飞行器控制等领域，其主要目的是在改变方向时，使得两侧的轮胎或马达可以以不同的速度旋转，以实现更加平稳、准确的转向，保证了行驶过程中的稳定和安全，同时提高了传动系统的使用寿命。

目前实现弯道行驶的做法是通过电子差速方式，选择多台电机分别驱动，依据轨道轮运行时的理想运动模型，通过自动控制各电动机的输出转速而自动控制各轨道轮的行走转速，以实现差速过弯运动，如专利授权号为CN209381995U的“一种差速控制系统”、文献“六独立轮驱动管内检测牵引机器人[J],机械工程学报,2005年第9期”所述。以上所述解决过弯道差速驱动问题的方式都还存在些缺点：电子式差速系统虽具有传动简洁、传动效率较高等优点，但存在需要提前预知或实时判断移动本体自身状态(姿态、加速度等)以及周围轨道的环境参数(如弯道曲率半径等)，以及由于周围轨道的环境复杂，环境信息采集及处理困难，致使控制系统稳定性、实时性和柔顺性差等一系列问题。

实用新型内容

为此，本实用新型所要解决的技术问题在于克服现有技术中电子式差速系统由于轨道环境导致系统稳定性差以及转弯不够流畅的问题，提供一种自适应电子差速控制系统。

为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种自适应电子差速控制系统，该系统包括：

上位机，所述上位机包括处理器系统和传感器组件，其中，所述传感器组件包括双目摄像头、惯性测量单元传感器、超声波传感器及红外传感器，所述双目摄像头和所述惯性测量单元传感器均与所述处理器系统连接；

下位机，所述下位机包括驱动控制器、与所述驱动控制器连接的驱动板、联轴器以及驱动层传感器，其中，所述驱动控制器与所述处理器系统连接，所述驱动层传感器包括编码器和电机，所述电机与所述驱动板连接；

电源模块以及多个轨道轮，其中，所述电源模块包括电源本体和降压模块，所述电源本体与所述驱动板连接，也通过降压模块与所述处理器系统连接。

在本实用新型的一个实施例中，所述传感器组件还包括激光雷达，所述激光雷达与所述处理器系统连接。

在本实用新型的一个实施例中，所述超声波传感器和所述红外传感器均与所述驱动控制器连接。

在本实用新型的一个实施例中，所述电机与所述编码器相连，所述编码器用于控制所述电机的正转和反转。

在本实用新型的一个实施例中，所述编码器与所述驱动控制器连接，所述驱动控制器向所述编码器发送脉冲调制信号，所述编码器通过所述脉冲调制信号控制所述电机的正转和反转。

在本实用新型的一个实施例中，所述联轴器与所述电机的输出轴连接，所述电机通过所述联轴器连接所述轨道轮。

在本实用新型的一个实施例中，所述驱动板包括第一驱动板和第二驱动板，所述电机包括第一电机、第二电机、第三电机和第四电机，所述编码器包括第一编码器、第二编码器、第三编码器和第四编码器。

在本实用新型的一个实施例中，所述第一驱动板分别与第一电机、第二电机连接，第二驱动板分别与第三电机和第四电机连接，第一编码器、第二编码器、第三编码器、第四编码器与第一电机、第二电机、第三电机、第四电机对应连接。

本实用新型还提供一种汽车，包括所述的自适应电子差速控制系统。

本实用新型还提供一种机器人，包括所述的自适应电子差速控制系统。

本实用新型的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：

本实用新型所述的自适应电子差速控制系统利用各种传感器获取外部环境信息以及车辆或机器人的自身相关数据，采用上位机与下位机结合的方式处理这些数据信息，能够根据实际情况动态实时调整两侧轨道轮的差速以及转向，以适应不同的作业场景和运动需求。

附图说明

为了使本实用新型的内容更容易被清楚的理解，下面根据本实用新型的具体实施例并结合附图，对本实用新型作进一步详细的说明。

图1是本实用新型优选实施例中自适应电子差速控制系统架构图；

图2是图1所述系统中下位机的结构图。

说明书附图标记说明：

1、上位机；11、处理器系统；12、传感器组件；121、双目摄像头；122、惯性测量单元传感器；123、超声波传感器；124、红外传感器；125、激光雷达；

2、下位机；21、驱动控制器；22、驱动板；221、第一驱动板；222、第二驱动板；23、驱动层传感器；231、编码器；2311、第一编码器；2312、第二编码器；2313、第三编码器；2314、第四编码器；232、电机；2321、第一电机；2322、第二电机；2323、第三电机；2324、第四电机；24、联轴器；

3、电源模块；31、电源本体；32、降压模块；4、轨道轮。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本实用新型并能予以实施，但所举实施例不作为对本实用新型的限定。

实施例一

参见图1和图2所示，本实用新型提供一种自适应电子差速控制系统，该系统包括：

上位机1，所述上位机1包括处理器系统11和传感器组件12，其中，所述传感器组件12包括双目摄像头121、惯性测量单元传感器122、超声波传感器123及红外传感器124，所述双目摄像头121和所述惯性测量单元传感器122均与所述处理器系统11连接，所述双目摄像头121实时收集图像数据，所述惯性测量单元传感器122收集采集移动本体自身的姿态和加速度信息，且不限于这些惯性信息；

下位机2，所述下位机2包括驱动控制器21、与所述驱动控制器21连接的驱动板22、驱动层传感器23以及联轴器24，其中，所述驱动控制器21与所述处理器系统11连接，所述驱动层传感器23包括编码器231和电机232，所述电机232与所述驱动板22连接；所述驱动控制器21优选为Arduino Mega2560控制器，用于接收来自上位机中的处理器所发送的指令信息，从而向驱动板22发送不同的速度与方向控制指令，所述驱动板22优选为双路直流电机驱动板；

电源模块3以及多个轨道轮4，其中，所述电源模块3包括电源本体31和降压模块32，所述电源本体31与所述驱动板22连接，也通过降压模块32与所述处理器系统11连接，降压模块32将电压降至合适的工作电压，保护所述处理器系统11。

其中，所述处理器系统11优选为Jetson Nano处理器，Jetson Nano处理器对双目摄像头121采集的图像进行实时分析，判断车辆或机器人是否有转弯的需求，通过惯性测量单元传感器122得到车辆或机器人的实时速度，并根据轨道的弧度，计算转弯时两侧的轨道轮的理想速度差异，这种速度差异使得车辆或机器人在转弯时更加平稳和准确，然后Jetson Nano处理器将计算得到的控制参数发送给驱动控制器21；而在转弯过程中，传感器持续采集外部数据，并反馈给Jetson Nano处理器，以实现机器人在转弯过程中的平稳性。

具体地，Jetson Nano处理器还会根据双目摄像头121拍摄的图像帧的连续性，判断车辆或机器人的运动状态是否连贯，如果出现时间连续而图像帧不连续的情况时，及时做出调整，减少控制参数的误差，提高车辆或机器人在既定轨迹上的运动状态更加平滑和自然。

所述传感器组件12还包括激光雷达125，所述激光雷达125与处理器系统11连接，具体是与Jetson Nano处理器连接，车辆或机器人通过激光雷达125传回的数据变化经Jetson Nano处理器处理可以得出固定障碍物或移动障碍物的距离和车辆或机器人的相对速度，及时避开障碍物，从而达到避障的目的。

在本实施例中，所述超声波传感器123和所述红外传感器124均与所述驱动控制器21连接，所述驱动控制器21收集所述超声波传感器123和所述红外传感器124的数据进行预处理，并且将处理后的数据发送给Jetson Nano处理器，避免了仅用Jetson Nano处理器处理传感器数据而损耗处理器的性能，同时也提高了数据处理速度。

在本实施例中，所述电机232与所述编码器231相连，所述编码器231用于控制所述电机232的正转和反转。

在本实施例中，所述编码器231与所述驱动控制器21连接，所述驱动控制器21向所述编码器231发送脉冲调制信号，所述编码器231通过所述脉冲调制信号实时调整所述电机232的正转、反转以及速度大小。

在本实施例中，所述联轴器24与所述电机232的输出轴连接，所述电机232通过所述联轴器24连接所述轨道轮4，使所述轨道轮随电机232旋转。

在本实施例中，所述驱动板22包括第一驱动板221和第二驱动板222，所述电机232包括第一电机2321、第二电机2322、第三电机2323和第四电机2324，所述编码器231包括第一编码器2311、第二编码器2312、第三编码器2313和第四编码器2314，其中电机、编码器的数量与轨道轮的数量一致。

在本实施例中，所述第一驱动板221分别与第一电机2321、第二电机2322连接，第二驱动板222分别与第三电机2323和第四电机2324连接，第一编码器2311、第二编码器2312、第三编码器2313、第四编码器2314与第一电机2321、第二电机2322、第三电机2323、第四电机2324对应连接。

实施例二

本实用新型还提供一种汽车，包括实施例一所述的自适应电子差速控制系统。

本实施例中，所述汽车包括车体，实施例一所述的自适应电子差速控制系统安装在车体中，所述车体通过实施例一中所述轨道轮4在轨道上前进。

实施例三

本实用新型还提供一种机器人，包括实施例一所述的自适应电子差速控制系统。本实施例中，所述机器人可以是巡检机器人，且不限于这一种机器人。

本实用新型将传感器作为整个移动控制系统的信息感知单元，负责将外部工作环境、系统自身各项数据信息收集起来，以电信号的形式传输给处理器系统、驱动控制器，为后续的转弯提供了数据基础，也提高了系统的抗干扰能力，驱动控制器也可以对各传感器采集的数据进行预处理，并把处理后的数据传送给处理器系统，避免了仅用处理器系统处理传感器数据而损耗处理器的性能，同时也提高了数据处理速度，另外，驱动控制器接收处理器系统发送的控制指令，驱动电机带着轨道轮转动，实现轨道转弯的平稳流畅。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，并非对实施方式的限定。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变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种自适应电子差速控制系统，其特征在于，包括：

上位机(1)，所述上位机(1)包括处理器系统(11)和传感器组件(12)，其中，所述传感器组件(12)包括双目摄像头(121)、惯性测量单元传感器(122)、超声波传感器(123)及红外传感器(124)，所述双目摄像头(121)和所述惯性测量单元传感器(122)均与所述处理器系统(11)连接；

下位机(2)，所述下位机(2)包括驱动控制器(21)、驱动层传感器(23)、联轴器(24)以及与所述驱动控制器(21)连接的驱动板(22)，其中，所述驱动控制器(21)与所述处理器系统(11)连接，所述驱动层传感器(23)包括编码器(231)和电机(232)，所述电机(232)与所述驱动板(22)连接；

电源模块(3)以及多个轨道轮(4)，其中，所述电源模块(3)包括电源本体(31)和降压模块(32)，所述电源本体(31)与所述驱动板(22)连接，也通过降压模块(32)与所述处理器系统(11)连接。

2.根据权利要求1所述的自适应电子差速控制系统，其特征在于：所述传感器组件(12)还包括激光雷达(125)，所述激光雷达(125)与所述处理器系统(11)连接。

3.根据权利要求1所述的自适应电子差速控制系统，其特征在于：所述超声波传感器(123)和所述红外传感器(124)均与所述驱动控制器(21)连接。

4.根据权利要求1所述的自适应电子差速控制系统，其特征在于：所述电机(232)与所述编码器(231)相连，所述编码器(231)用于控制所述电机(232)的正转和反转。

5.根据权利要求4所述的自适应电子差速控制系统，其特征在于：所述编码器(231)与所述驱动控制器(21)连接，所述驱动控制器(21)向所述编码器(231)发送脉冲调制信号，所述编码器(231)通过所述脉冲调制信号控制所述电机(232)的正转和反转。

6.根据权利要求1或5所述的自适应电子差速控制系统，其特征在于：所述联轴器(24)与所述电机(232)的输出轴连接，所述电机(232)通过所述联轴器(24)连接所述轨道轮(4)。

7.根据权利要求1所述的自适应电子差速控制系统，其特征在于：所述驱动板(22)包括第一驱动板(221)和第二驱动板(222)，所述电机(232)包括第一电机(2321)、第二电机(2322)、第三电机(2323)和第四电机(2324)，所述编码器(231)包括第一编码器(2311)、第二编码器(2312)、第三编码器(2313)和第四编码器(2314)。

8.根据权利要求7所述的自适应电子差速控制系统，其特征在于：所述第一驱动板(221)分别与第一电机(2321)、第二电机(2322)连接，第二驱动板(222)分别与第三电机(2323)、第四电机(2324)连接，第一编码器(2311)、第二编码器(2312)、第三编码器(2313)、第四编码器(2314)与第一电机(2321)、第二电机(2322)、第三电机(2323)、第四电机(2324)对应连接。

9.一种汽车，其特征在于：包括权利要求1～8中任意一项所述的自适应电子差速控制系统。

10.一种机器人，其特征在于：包括权利要求1～8中任意一项所述的自适应电子差速控制系统。