一種面向機器人的嵌入式智能移動控制器的制造方法
【專利摘要】一種面向機器人的嵌入式智能移動控制器，至少包括數(shù)據(jù)采集與處理模塊、電機控制模塊、電機驅(qū)動模塊、串口信號接口、PWM波和開關(guān)量控制信號接口、電流反饋信號接口、速度和位置反饋信號接口、1路以太網(wǎng)接口、1路無線局域網(wǎng)接口、10路模擬量采集接口、16路開關(guān)量接口、3路I2C總線接口、4路USB接口、1路以太網(wǎng)接口、2路CAN總線接口、4路串口和電機接口；本發(fā)明簡化了智能移動機器人產(chǎn)品的開發(fā)過程，降低了產(chǎn)品的開發(fā)難度，加快了產(chǎn)品的開發(fā)進程；隨著智能移動機器人產(chǎn)品的需求不斷擴大，該產(chǎn)品將具有很好的市場推廣基礎(chǔ)和廣闊的市場應(yīng)用前景。
【專利說明】一種面向機器人的嵌入式智能移動控制器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種機器人智能控制裝置，尤其是一種實現(xiàn)機器人環(huán)境信息采集、行走決策和行走控制的嵌入式智能移動控制裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]移動控制器作為機器人的控制核心，是影響機器人性能的關(guān)鍵部件。目前市場上還沒有將環(huán)境信息采集、行走決策和行走控制整合在一起的移動控制器產(chǎn)品，大多數(shù)是基于工控機、控制電路與驅(qū)動電路的模式來實現(xiàn)，這樣的移動控制器體積大，功耗高，功能少，已經(jīng)很難滿足當前復(fù)雜智能機器人控制系統(tǒng)的需求。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了克服當前移動控制器體積大、功耗高和功能少的缺點，本發(fā)明提供了一種面向機器人的嵌入式智能移動控制器。
[0004]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:一種面向機器人的嵌入式智能移動控制器，至少包括數(shù)據(jù)采集與處理模塊、電機控制模塊、電機驅(qū)動模塊、串口信號接口、PWM波和開關(guān)量控制信號接口、電流反饋信號接口、速度和位置反饋信號接口、I路以太網(wǎng)接口、I路無線局域網(wǎng)接口、10路模擬量采集接口、16路開關(guān)量接口、3路I2C總線接口、4路USB接口、I路以太網(wǎng)接口、2路CAN總線接口、4路串口和電機接口 ；所述I路以太網(wǎng)接口、I路無線局域網(wǎng)接口、10路模擬量采集接口、16路開關(guān)量接口、3路I2C總線接口、4路USB接口、I路以太網(wǎng)接口、2路CAN總線接口、4路串口設(shè)置在數(shù)據(jù)采集與處理模塊內(nèi)部；所述串口信號接口連接數(shù)據(jù)采集與處理模塊和電機控制模塊；所述電機控制模塊和電機驅(qū)動模塊通過PWM波和開關(guān)量控制信號接口和電流反饋信號接口連接；所述速度和位置反饋信號接口設(shè)置在電機控制模塊；所述電機接口設(shè)置在電機驅(qū)動模塊。
[0005]作為本發(fā)明的優(yōu)化技術(shù)方案:數(shù)據(jù)采集與處理模塊電路基于ARM Cortex-AQ實現(xiàn)，包括電源電路、時鐘電路、復(fù)位電路、JTAG仿真電路、存儲器電路、通訊電路和傳感器接口電路；電機控制模塊電路基于TMS320F2812實現(xiàn)，包括電源電路、時鐘電路、復(fù)位電路、JTAG仿真電路、存儲器電路、6路AD轉(zhuǎn)換電路、串口通訊電路和電機控制電路；電機驅(qū)動模塊電路基于IR2110驅(qū)動芯片和MOS管實現(xiàn)，包括主驅(qū)動電路、光電隔離電路、過壓保護電路、欠壓保護電路、過流保護電路、過載保護電路、過溫保護電路和短路保護電路。
[0006]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:該面向機器人的嵌入式智能移動控制器，體積小、功耗低、接口豐富、功能強勁、通用性好、成本較低，利用該智能移動控制器，可便于專業(yè)的機器人控制系統(tǒng)開發(fā)人員開發(fā)出穩(wěn)定、可靠人的機器人產(chǎn)品。
[0007]本發(fā)明簡化了智能移動機器人產(chǎn)品的開發(fā)過程，降低了產(chǎn)品的開發(fā)難度，加快了產(chǎn)品的開發(fā)進程；隨著智能移動機器人產(chǎn)品的需求不斷擴大，該產(chǎn)品將具有很好的市場推廣基礎(chǔ)和廣闊的市場應(yīng)用前景。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]圖1為本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖；
本發(fā)明附圖所示標記為:1-數(shù)據(jù)采集與處理模塊，2-電機控制模塊，3-電機驅(qū)動模塊，4-串口信號接口，5-PWM波和開關(guān)量控制信號接口，6-電流反饋信號接口，7-速度和位置反饋信號接口，8-1路以太網(wǎng)接口，9-1路無線局域網(wǎng)接口，10-10路模擬量采集接口，11-16路開關(guān)量接口，12-3路I2C總線接口，13-4路USB接口，14-1路以太網(wǎng)接口，15-2路CAN總線接口，16-4路串口，17-電機接口。

【具體實施方式】
[0009]下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其它實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
[0010]請參閱圖1，本發(fā)明實施例中:一種面向機器人的嵌入式智能移動控制器，至少包括數(shù)據(jù)采集與處理模塊1、電機控制模塊2、電機驅(qū)動模塊3、串口信號接口 4、PWM波和開關(guān)量控制信號接口 5、電流反饋信號接口 6、速度和位置反饋信號接口 7、I路以太網(wǎng)接口 8、I路無線局域網(wǎng)接口 9、10路模擬量采集接口 10、16路開關(guān)量接口 11、3路I2C總線接口 12、4路USB接口 13、I路以太網(wǎng)接口 14、2路CAN總線接口 15、4路串口 16和電機接口 17 ;所述I路以太網(wǎng)接口 8、I路無線局域網(wǎng)接口 9、10路模擬量采集接口 10、16路開關(guān)量接口 11、3路I2C總線接口 12、4路USB接口 13、I路以太網(wǎng)接口 14、2路CAN總線接口 15、4路串口16設(shè)置在數(shù)據(jù)采集與處理模塊I內(nèi)部；所述串口信號接口 4連接數(shù)據(jù)采集與處理模塊I和電機控制模塊2 ;所述電機控制模塊2和電機驅(qū)動模塊3通過PWM波和開關(guān)量控制信號接口 5和電流反饋信號接口 6連接；所述速度和位置反饋信號接口 7設(shè)置在電機控制模塊2 ；所述電機接口 17設(shè)置在電機驅(qū)動模塊3。
[0011]在本發(fā)明中，數(shù)據(jù)采集與處理模塊電路基于ARM Cortex-Ag實現(xiàn)，包括電源電路、時鐘電路、復(fù)位電路、JTAG仿真電路、存儲器電路、通訊電路和傳感器接口電路；電機控制模塊電路基于TMS320F2812實現(xiàn)，包括電源電路、時鐘電路、復(fù)位電路、JTAG仿真電路、存儲器電路、6路AD轉(zhuǎn)換電路、串口通訊電路和電機控制電路；電機驅(qū)動模塊電路基于IR2110驅(qū)動芯片和MOS管實現(xiàn)，包括主驅(qū)動電路、光電隔離電路、過壓保護電路、欠壓保護電路、過流保護電路、過載保護電路、過溫保護電路和短路保護電路。
[0012]本發(fā)明中軟件部分包括伺服控制軟件、上位機電機控制調(diào)試軟件和機器人操作系統(tǒng)集成開發(fā)環(huán)境，伺服控制軟件基于PID算法實現(xiàn)，電機控制上位機調(diào)試軟件和機器人操作系統(tǒng)集成開發(fā)環(huán)境基于MFC實現(xiàn)。
[0013]伺服控制軟件基于智能移動控制器硬件，可以實現(xiàn)對兩通道直流有刷或直流無刷電機的電流、速度和位置三閉環(huán)伺服控制。
[0014]上位機電機控制調(diào)試軟件可以在上位機對伺服控制軟件的相關(guān)參數(shù)進行設(shè)置，同時可以看到設(shè)置后的效果圖。
[0015]機器人操作系統(tǒng)集成開發(fā)環(huán)境工作在通用計算機上，可以進行基于機器人操作系統(tǒng)的嵌入式應(yīng)用程序的圖形化開發(fā)，可以將開發(fā)后的應(yīng)用程序下載到數(shù)據(jù)采集與處理模塊電路。
[0016]數(shù)據(jù)采集與處理模塊和電機控制模塊相連，電機控制模塊不僅和數(shù)據(jù)采集與處理模塊相連，還和電機驅(qū)動模塊相連，電機驅(qū)動模塊和電機控制模塊相連。數(shù)據(jù)采集與處理模塊接收上位機命令，采集傳感器信息，運行由機器人操作系統(tǒng)集成開發(fā)環(huán)境開發(fā)的行走決策程序，得到行走決策信息，發(fā)送給電機控制模塊，同時接收電機控制模塊發(fā)送的狀態(tài)信息；電機控制模塊接收行走決策信息，采集電機當前的運行狀態(tài)，運行伺服控制軟件，輸出PWM和開關(guān)量控制信號給電機驅(qū)動模塊，同時發(fā)送狀態(tài)信息給數(shù)據(jù)采集與處理模塊；電機驅(qū)動模塊接收PWM和開關(guān)量控制信號，控制功率管的開關(guān)狀態(tài)，進行功率放大，驅(qū)動電機運動。
[0017]本發(fā)明的功能原理為:上位機通過無線局域網(wǎng)或以太網(wǎng)發(fā)送控制命令。數(shù)據(jù)采集與處理模塊得到控制命令后，通過10路12位且采樣速率為100HZ的模擬量接口、16路3.3V的開關(guān)量接口、3路I2C總線接口、I路10M/100M自適應(yīng)以太網(wǎng)接口、3路USB2.0接口、I路USB OTG接口、2路CAN2.0B總線接口和4路RS232串口接口采集機器人周圍的環(huán)境信息，運行通過機器人操作系統(tǒng)集成開發(fā)環(huán)境開發(fā)的基于ROS機器人操作系統(tǒng)的行走決策程序，解算得到行走決策信息，通過RS485串口將行走決策信息發(fā)送給電機控制模塊，同時通過RS485串口接收電機控制模塊發(fā)送的系統(tǒng)當前的運行狀態(tài)；電機控制模塊通過RS485串口接收行走決策信息，同時通過6通道12位且采樣速率為IM的AD采樣電路采集電機當前的電樞電流，通過正交編碼脈沖電路采集電機當前的轉(zhuǎn)速和位置信息，運行伺服控制軟件，輸出對應(yīng)的PWM和開關(guān)量控制信號給電機驅(qū)動模塊，同時將當前系統(tǒng)的運行狀態(tài)通過RS485串口發(fā)送給數(shù)據(jù)采集與處理模塊。另外，可以通過上位機電機控制調(diào)試軟件界面設(shè)置電機的運行參數(shù)，如PID參數(shù)等；電機驅(qū)動模塊接收電機控制模塊的PWM和開關(guān)量控制信號來控制MOS管的開關(guān)狀態(tài)，進行功率放大，驅(qū)動2個直流有刷或無刷電機運動，實現(xiàn)機器人的運動控制。
[0018]對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，顯然本發(fā)明不限于上述示范性實施例的細節(jié)，而且在不背離本發(fā)明的精神或基本特征的情況下，能夠以其它的具體形式實現(xiàn)本發(fā)明。因此，無論從哪一點來看，均應(yīng)將實施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求而不是上述說明限定，因此旨在將落在權(quán)利要求的等同要件的含義和范圍內(nèi)的所有變化囊括在本發(fā)明內(nèi)。不應(yīng)將權(quán)利要求中的任何附圖標記視為限制所涉及的權(quán)利要求。
[0019]以上所述，僅為本發(fā)明的較佳實施例，并不用以限制本發(fā)明，凡是依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所作的任何細微修改、等同替換和改進，均應(yīng)包含在本發(fā)明技術(shù)方案的保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種面向機器人的嵌入式智能移動控制器，至少包括數(shù)據(jù)采集與處理模塊(I)、電機控制模塊(2 )、電機驅(qū)動模塊(3 )、串口信號接口( 4 )、PWM波和開關(guān)量控制信號接口( 5 )、電流反饋信號接口(6)、速度和位置反饋信號接口(7)、1路以太網(wǎng)接口(8)、1路無線局域網(wǎng)接口(9)、10路模擬量采集接口(10)、16路開關(guān)量接口(11)、3路I2C總線接口(12)、4路USB接口(13)、1路以太網(wǎng)接口(14)、2路CAN總線接口(15)、4路串口(16)和電機接口(17);其特征在于:所述I路以太網(wǎng)接口(8)、I路無線局域網(wǎng)接口(9)、10路模擬量采集接口(10)、16路開關(guān)量接口(11)、3路12〇總線接口(12)、4路USB接口(13)、I路以太網(wǎng)接口(14)、2路CAN總線接口( 15)、4路串口( 16)設(shè)置在數(shù)據(jù)采集與處理模塊(I)內(nèi)部；所述串口信號接口(4)連接數(shù)據(jù)采集與處理模塊(I)和電機控制模塊(2);所述電機控制模塊(2)和電機驅(qū)動模塊(3 )通過PWM波和開關(guān)量控制信號接口( 5 )和電流反饋信號接口( 6 )連接；所述速度和位置反饋信號接口(7)設(shè)置在電機控制模塊(2);所述電機接口(17)設(shè)置在電機驅(qū)動模塊(3)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種面向機器人的嵌入式智能移動控制器，其特征在于:所述數(shù)據(jù)采集與處理模塊(I)電路基于ARM Cortex-A9實現(xiàn)，包括電源電路、時鐘電路、復(fù)位電路、JTAG仿真電路、存儲器電路、通訊電路和傳感器接口電路。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種面向機器人的嵌入式智能移動控制器，其特征在于:所述電機控制模塊(2)電路基于TMS320F2812實現(xiàn)，包括電源電路、時鐘電路、復(fù)位電路、JTAG仿真電路、存儲器電路、6路AD轉(zhuǎn)換電路、串口通訊電路和電機控制電路。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種面向機器人的嵌入式智能移動控制器，其特征在于:所述電機驅(qū)動模塊(3)電路基于IR2110驅(qū)動芯片和MOS管實現(xiàn)，包括主驅(qū)動電路、光電隔離電路、過壓保護電路、欠壓保護電路、過流保護電路、過載保護電路、過溫保護電路和短路保護電路。
【文檔編號】G05D1/02GK104375506SQ201410702876
【公開日】2015年2月25日 申請日期:2014年11月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月29日
【發(fā)明者】周繼強, 王麗峰, 鄭友勝, 曹雄偉, 甘海軒, 馮禹 申請人:江西洪都航空工業(yè)集團有限責任公司