CN221021016U - 一种基于esp32的智能机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种基于ESP32的智能机器人，包括底部电路板和扩展电路板，扩展电路板上安装有控制模块和扩展功能标准接口，底部电路板上设置循迹传感器模块、红外传感器模块、电机连接架、四个电机组件和四个驱动轮，底部电路板上的各个部分与扩展电路板上的控制模块电连接，电机连接架固定安装在底部电路板，电机组件固定安装在电机连接架且对称设置在左右两侧，每一电机组件的输出端固定连接一个驱动轮，在底部电路板左右两侧位于前方的电机组件内安装有编码器，编码器与控制模块电连接。本实用新型通过左右两组共四个电机实现独立驱动，车体结构稳定，重心平稳，不易受到外界干扰，通过循迹、红外传感器模块和编码器准确实现路径和速度控制。

Description

一种基于ESP32的智能机器人

技术领域

本实用新型涉及机器人技术领域，尤其涉及一种基于ESP32的智能机器人。

背景技术

在智能机器人的学习和比赛设计过程中，实现机器人的车体结构稳定，重心平稳，使其不易受到外界障碍物干扰，以及准确实现机器人的路径和速度控制是影响机器人性能指标的重要因素。

传统智能机器人在设计时，多采用两个驱动轮或四轮两驱动的方式实现运动控制，使得车体运动过程中容易被外界障碍物干扰，导致重心不稳，车体稳定性较差。而且，现有机器人的运动控制大多仅通过在车体设置红外发射接收装置实现周围障碍物(如迷宫墙壁)的检测，仅能实现基础的避障功能，无法准确实现机器人的路径和速度控制。

实用新型内容

为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种车体稳定性好且能够准确实现机器人的路径和速度控制的基于ESP32的智能机器人。

本实用新型采用如下技术方案：

一种基于ESP32的智能机器人，包括底部电路板和与所述底部电路板连接的扩展电路板，所述扩展电路板上安装有控制模块和扩展功能标准接口，控制模块包括ESP32控制器和树莓派，所述底部电路板上设置有循迹传感器模块、红外传感器模块、电机连接架、四个电机组件以及四个驱动轮，所述循迹传感器模块、红外传感器模块以及四个电机组件分别通过连接线与扩展电路板上的控制模块电连接，电机连接架固定安装在底部电路板，四个电机组件固定安装在电机连接架上，且对称设置在底部电路板的左右两侧，每一电机组件的输出端固定连接一个驱动轮，至少在底部电路板左右两侧的位于前方的电机组件内安装有编码器，所述编码器与所述控制模块电连接。

可选地，所述底部电路板包括底部主电路板和底部前置电路板，所述底部主电路板前端和底部前置电路板后端固定连接，所述循迹传感器模块设置在所述底部前置电路板的下表面，所述红外传感器模块、电机连接架、四个电机组件设置在所述底部主电路板。

可选地，所述循迹传感器模块包括五组红外循迹避障探头，两组红外循迹避障探头设置在底部前置电路板的左右两侧，用于在迷宫地面进行路径边缘检测，三组红外循迹避障探头等间隔设置在底部前置电路板的中间区域，用于在迷宫地面进行引导线检测。

可选地，所述扩展电路板上设置有无线通信模块，所述基于ESP32的智能机器人通过无线通信模块与上位机通信。

可选地，所述扩展电路板上设置有ESP32接口和树莓派接口，ESP32控制器和/或树莓派通过扩展电路板上相应的接口安装到扩展电路板。

可选地，所述基于ESP32的智能机器人还包括协处理器和图像采集装置；

所述扩展电路板上设置有协处理器接口，所述协处理器通过协处理器接口安装到扩展电路板，所述图像采集装置安装在所述底部电路板上，与所述协处理器电连接。

可选地，所述红外传感器模块包括至少三组红外传感器，至少三组红外传感器分别设置在底部电路板的左右两侧和前方，用于进行障碍物检测。

可选地，所述底部电路板上还安装有陀螺仪，所述陀螺仪与所述控制模块电连接。

可选地，所述底部电路板上还设置有舵机安装位。

可选地，在所述底部电路板的底面还设置有RFID电子标签识别装置。

与现有技术相比，本实用新型技术方案主要的优点如下：

本实用新型提供的基于ESP32的智能机器人，通过左右两组共四个电机实现四个驱动轮的独立驱动，车体结构稳定，重心平稳，不易受到外界干扰，通过循迹传感器模块实现路径循迹，通过红外传感器模块实现路径障碍物检测，并结合编码器进行驱动轮转动速度检测，能够准确实现路径和速度控制。

上述说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本实用新型的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本实用新型的具体实施方式。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本实用新型的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1为本实用新型实施例提供的基于ESP32的智能机器人的底部示意图一；

图2为本实用新型实施例提供的基于ESP32的智能机器人的底部视图二；

图3为本实用新型实施例提供的基于ESP32的智能机器人的顶部示意图；

其中：10为底部电路板，101为底部前置电路板，102为底部主电路板，20为扩展电路板，201为控制模块，202为扩展功能标准接口，1011为循迹传感器模块，1021为红外传感器模块，1022为电机连接架，1023为电机组件，1024为驱动轮。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)，具有与本实用新型所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语，应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非被特定定义，否则不会用理想化或过于正式的含义来解释。

参照图1-3，本实用新型实施例提供的基于ESP32的智能机器人，包括底部电路板10和与底部电路板10连接的扩展电路板20，具体的，底部电路板10与扩展电路板20可通过隔离柱呈上、下层固定连接。扩展电路板20上安装有控制模块201和扩展功能标准接口202，控制模块包括ESP32控制器和树莓派，所述底部电路板10上设置有循迹传感器模块1011、红外传感器模块1021、电机连接架1022、四个电机组件1023以及四个驱动轮1024，所述循迹传感器模块1011、红外传感器模块1021以及四个电机组件1023分别通过连接线与扩展电路板20上的控制模块201电连接，电机连接架1022固定安装在底部电路板10，四个电机组件1023固定安装在电机连接架1022上，且对称设置在底部电路板10的左右两侧，每一电机组件1023的输出端固定连接一个驱动轮1024。所述电机组件1023用于驱动智能机器人上的驱动轮1024转动，使智能机器人完成前进、后退和转弯的动作。至少在底部电路板10左右两侧的位于前方的电机组件内安装有编码器，编码器与扩展电路板20上的控制模块201电连接。其中，编码器可以为磁编码器，磁编码器输出两通道信号，两条道的信号通过JP1外设接口传递到主控模块，主控模块根据接收的信号来判定智能机器人驱动轮的转动状态。同时主控模块电连接有电机，主控模块根据接收的信号控制驱动电机动作，实现速度控制。

本技术方案为了节约成本可以在底部电路板10左右两侧的位于前方的电机组件内安装有编码器，可理解地，为了实现更加精准的速度控制还可以在四个电机组件内均安装有编码器。

本实施例提供的基于ESP32的智能机器人，通过左右两组共四个电机实现四个驱动轮的独立驱动，车体结构稳定，重心平稳，不易受到外界干扰，通过循迹传感器模块实现路径循迹，通过红外传感器模块实现路径障碍物检测，并结合编码器进行驱动轮转动速度检测，能够准确实现路径和速度控制。而且，智能车整体采用模块化安装固定，单个模块出现问题可直接拆除更换，不影响其他模块部分运行。

本实施例中，底部电路板10上还设置有附图中未示出的舵机安装位，可以加装机械手臂以实现各种任务。

本实施例中，如图2所示，在所述底部电路板10的底面还设置有RFID电子标签识别装置103。具体的，RFID电子标签识别装置可固定在底部电路板10的底面的电机上，以实现各种地面标签识别任务。例如，在复杂环境中，用于识别数据信息，如当前位置信息，下一步的动作信息，以及特定环境信息(温湿度)等。

进一步地，基于ESP32的智能机器人通过设置在扩展电路板20上的电池进行供电。具体可通过按键启动智能车，红外线传感器模块可实现检测智能车障碍物远近信息并发送至控制模块，电机用于接收控制模块的指令，并驱动电机进行转动或停止，进而驱动车胎进行转动或停止，锂电池输出的电能可进行稳压，并对核心控制电路板进行供电。

本实施例中，参照图1-3，底部电路板10包括底部前置电路板101和底部主电路板102，所述底部主电路板102前端和底部前置电路板101后端可通过螺钉、铜柱等固定连接，所述循迹传感器模块1011设置在所述底部前置电路板101的下表面，所述红外传感器模块1021、电机连接架1022、四个电机组件1023设置在所述底部主电路板102。

进一步地，循迹传感器模块1011包括五组红外循迹避障探头，两组红外循迹避障探头设置在底部前置电路板的左右两侧，用于在迷宫地面进行路径边缘检测，三组红外循迹避障探头等间隔设置在底部前置电路板的中间区域，用于在迷宫地面进行引导线检测。循迹传感器模块中的五组红外循迹避障探头通过检测路径中设置的黑白线实现循迹。

本实施例中，扩展电路板20上设置有附图中未示出的无线通信模块，所述基于ESP32的智能机器人通过无线通信模块与上位机通信。本实施例中上位机可以通过各种无线通讯网络与智能车连接，实现一对多的数据传输。

本实施例中，如图3所示，扩展电路板20上设置有ESP32接口201和树莓派接口202，ESP32控制器和/或树莓派通过扩展电路板上相应的接口安装到扩展电路板。本实施例中在扩展电路板20上分别设置ESP32接口和树莓派接口，能够根据设计需要实现核心处理器更换，便于不同设计场景的使用或教学。

本实施例中，基于ESP32的智能机器人还包括协处理器和图像采集装置；所述扩展电路板上设置有协处理器接口，所述协处理器通过协处理器接口安装到扩展电路板，所述图像采集装置安装在所述底部电路板上，与所述协处理器电连接。具体的，基于ESP32的智能机器人还设置有视觉采集功能，可通过协处理器控制图像采集装置获取智能机器人行进过程中的图像数据，并实时将录像传输到控制模块；控制模块根据接收到的图像数据给出智能机器人动作的反馈，以控制智能机器人动作。在其他应用场景中，还可以利用智能机器人的图像采集装置实现行驶过程中图像数据的采集和监测。

本实施例中，红外传感器模块1021包括至少三组红外传感器，至少三组红外传感器分别设置在底部电路板10的底部主电路板102的左右两侧和前方，用于进行障碍物检测。在一个具体实施例中，底部主电路板102前端呈弧形设置。红外传感器均匀等角度地设置在底部主电路板的弧形前端。

如图3所示，红外传感器模块包括五组红外传感器，分别设置在底部电路板，其中正前方三组红外传感器检测前方墙壁信息，斜45°两组红外传感器检测左右侧墙壁信息，保证迷宫机器人行走在中间。通过红外传感器模块检测行驶路径中是否存在障碍物，以根据预先设置在控制模块中的路径规划算法，控制电机以稳定速度向前行驶，同时，根据红外传感器模块检测两侧墙壁的距离，保证机器人行驶在路径中间，不会在行进过程中出现碰壁的情况。

本实施例中，底部电路板上还安装有陀螺仪，所述陀螺仪与所述控制模块电连接。所述陀螺仪可以检测智能机器人的加速度状况和偏离平衡位置的情况，并将检测到的智能机器人的移动状态实时输入到主控模块内以保证智能机器人在转弯的时候保持平稳。具体的，主控模块根据获取的智能机器人的移动状态自行反馈，实时调整各个电机的工作状态，使迷智能机器人平稳的转弯，加快智能机器人的转弯速度，而且避免智能机器人转弯时因速度过快失去平衡而翻车。

与现有技术相比，本实用新型技术方案主要的优点如下：

本实用新型提供的基于ESP32的智能机器人，通过左右两组共四个电机实现四个驱动轮的独立驱动，车体结构稳定，重心平稳，不易受到外界干扰，通过循迹传感器模块实现路径循迹，通过红外传感器模块实现路径障碍物检测，并结合编码器进行驱动轮转动速度检测，能够准确实现路径和速度控制。

扩展电路板20上分别设置ESP32接口和树莓派接口，能够根据设计需要实现核心处理器更换，便于不同设计场景的使用或教学。

以上借助具体实施例对本实用新型做了进一步描述，但是应该理解的是，这里具体的描述，不应理解为对本实用新型的实质和范围的限定，本领域内的普通技术人员在阅读本说明书后对上述实施例做出的各种修改，都属于本实用新型所保护的范围。在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本实用新型实施例对各种可能的组合方式不再另行说明。

若本实用新型实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

Claims (10)

1.一种基于ESP32的智能机器人，其特征在于，包括底部电路板和与所述底部电路板连接的扩展电路板，所述扩展电路板上安装有控制模块和扩展功能标准接口，控制模块包括ESP32控制器和树莓派，所述底部电路板上设置有循迹传感器模块、红外传感器模块、电机连接架、四个电机组件以及四个驱动轮，所述循迹传感器模块、红外传感器模块以及四个电机组件分别通过连接线与扩展电路板上的控制模块电连接，电机连接架固定安装在底部电路板，四个电机组件固定安装在电机连接架上，且对称设置在底部电路板的左右两侧，每一电机组件的输出端固定连接一个驱动轮，至少在底部电路板左右两侧的位于前方的电机组件内安装有编码器，所述编码器与所述控制模块电连接。

2.如权利要求1所述的基于ESP32的智能机器人，其特征在于，所述底部电路板包括底部主电路板和底部前置电路板，所述底部主电路板前端和底部前置电路板后端固定连接，所述循迹传感器模块设置在所述底部前置电路板的下表面，所述红外传感器模块、电机连接架、四个电机组件设置在所述底部主电路板。

3.如权利要求2所述的基于ESP32的智能机器人，其特征在于，所述循迹传感器模块包括五组红外循迹避障探头，两组红外循迹避障探头设置在底部前置电路板的左右两侧，用于在迷宫地面进行路径边缘检测，三组红外循迹避障探头等间隔设置在底部前置电路板的中间区域，用于在迷宫地面进行引导线检测。

4.如权利要求2所述的基于ESP32的智能机器人，其特征在于，所述扩展电路板上设置有无线通信模块，所述基于ESP32的智能机器人通过无线通信模块与上位机通信。

5.如权利要求2所述的基于ESP32的智能机器人，其特征在于，所述扩展电路板上设置有ESP32接口和树莓派接口，ESP32控制器和/或树莓派通过扩展电路板上相应的接口安装到扩展电路板。

6.如权利要求2所述的基于ESP32的智能机器人，其特征在于，所述基于ESP32的智能机器人还包括协处理器和图像采集装置；

所述扩展电路板上设置有协处理器接口，所述协处理器通过协处理器接口安装到扩展电路板，所述图像采集装置安装在所述底部电路板上，与所述协处理器电连接。

7.如权利要求1所述的基于ESP32的智能机器人，其特征在于，所述红外传感器模块包括至少三组红外传感器，至少三组红外传感器分别设置在底部电路板的左右两侧和前方，用于进行障碍物检测。

8.如权利要求1所述的基于ESP32的智能机器人，其特征在于，所述底部电路板上还安装有陀螺仪，所述陀螺仪与所述控制模块电连接。

9.如权利要求1所述的基于ESP32的智能机器人，其特征在于，所述底部电路板上还设置有舵机安装位。

10.如权利要求1所述的基于ESP32的智能机器人，其特征在于，在所述底部电路板的底面还设置有RFID电子标签识别装置。