一種基于多傳感器融合的自主導(dǎo)航機(jī)器人控制裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種基于多傳感器融合的自主導(dǎo)航機(jī)器人控制裝置。裝置由微處理器、電源模塊、LCD顯示屏、驅(qū)動電路、三軸陀螺儀、三軸加速度計、電子羅盤和超聲波傳感器組成，電源模塊、LCD顯示屏、驅(qū)動電路、三軸陀螺儀、三軸加速度計、電子羅盤和超聲波傳感器分別與微處理器相連。不需要額外的附加設(shè)備和先驗的位置信息，具有低成本的優(yōu)勢，成果可以應(yīng)用于家居服務(wù)機(jī)器人等需要自主導(dǎo)航的機(jī)器人領(lǐng)域。
【專利說明】一種基于多傳感器融合的自主導(dǎo)航機(jī)器人控制裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種機(jī)器人領(lǐng)域，具體說是一種基于多傳感器融合的自主導(dǎo)航機(jī)器人控制裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]導(dǎo)航是移動機(jī)器人領(lǐng)域至關(guān)重要的問題，機(jī)器人導(dǎo)航指的是引導(dǎo)機(jī)器人從指定航線的一點運動到另一點的過程。移動機(jī)器人導(dǎo)航通常要解決三個基本問題:(1)使得機(jī)器人能從初始點運動到目標(biāo)點；(2)使得機(jī)器人能繞開障礙物，并且經(jīng)過某些必須經(jīng)過的點；
[3]在任務(wù)完成的前提下，盡量優(yōu)化機(jī)器人的運行軌跡。為了解決這三個問題，適應(yīng)于未知環(huán)境的移動機(jī)器人導(dǎo)航系統(tǒng)應(yīng)具備環(huán)境認(rèn)知、行為決策、運動控制等能力，該領(lǐng)域的研究內(nèi)容也主要包括體系結(jié)構(gòu)、環(huán)境建模與定位、路徑規(guī)劃、運動控制、多傳感器融合等若干方面，實現(xiàn)方案由多種，如申請?zhí)枮镃N201310670524的專利申請的一種溫室智能移動機(jī)器人視覺導(dǎo)航路徑識別方法，將原始圖像信息從RGB顏色空間轉(zhuǎn)換到HSI顏色空間，并分別提取H、S、I三個分量信息圖，對H分量信息圖去噪處理，用K-means算法對H分量信息圖進(jìn)行聚類分割，獲得道路的分割效果圖，采用形態(tài)學(xué)腐蝕方法進(jìn)行二次去噪處理，對經(jīng)過腐蝕處理后的圖像進(jìn)行灰度轉(zhuǎn)換，得到完整的道路信息，采用Candy算子邊緣檢測，提取邊緣離散點，轉(zhuǎn)換獲取導(dǎo)航離散點，對導(dǎo)航離散點進(jìn)行擬合獲取最終導(dǎo)航路徑信息，對最終導(dǎo)航路徑信息進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，計算出移動機(jī)器人的導(dǎo)航角；有效提高了導(dǎo)航路徑識別對于光照不均的魯棒性，但算法較為復(fù)雜；申請?zhí)枮镃N201310670524的專利公開的動態(tài)環(huán)境下服務(wù)動機(jī)器人導(dǎo)航方法，利用室內(nèi)環(huán)境下多臺全局?jǐn)z像機(jī)與機(jī)器人車載激光傳感器實現(xiàn)人的位置跟蹤，根據(jù)采集樣本對特定室內(nèi)環(huán)境場所下人的運動模式進(jìn)行訓(xùn)練，并對人的運動趨勢進(jìn)行預(yù)測，根據(jù)人的當(dāng)前位置和預(yù)測位置，與環(huán)境靜態(tài)障礙柵格地圖相融合，生成導(dǎo)航風(fēng)險概率地圖，采用全局路徑規(guī)劃-局部避障控制層次化結(jié)構(gòu)的機(jī)器人導(dǎo)航運動控制器，實現(xiàn)機(jī)器人導(dǎo)航行為控制，通過控制確保機(jī)器人在與人共處的復(fù)雜動態(tài)環(huán)境下安全高效的導(dǎo)航行為，對應(yīng)用條件要求較高；申請?zhí)枮镃N201320172711的實用新型專利提出的基于ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)的機(jī)器人尋徑導(dǎo)航裝置，包括上位機(jī)、網(wǎng)關(guān)單元、定位單元和設(shè)于機(jī)器人上的導(dǎo)航模塊，定位單元包括基站節(jié)點、簇節(jié)點和路由節(jié)點，組網(wǎng)簡便、使用方便，但導(dǎo)航效果有待進(jìn)一步提聞。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本實用新型提供了一種基于多傳感器融合的自主導(dǎo)航機(jī)器人控制裝置，針對目前機(jī)器人導(dǎo)航存在的算法復(fù)雜、條件要求嚴(yán)格等問題，采用基于多傳感器的體系結(jié)構(gòu)，具有體積小、功耗低、成本低、實時性高和擴(kuò)展性強(qiáng)等優(yōu)點。
[0004]為實現(xiàn)本實用新型的目標(biāo)所采用的技術(shù)方案是:裝置由微處理器、電源模塊、LCD顯示屏、驅(qū)動電路、三軸陀螺儀、三軸加速度計、電子羅盤和超聲波傳感器組成，電源模塊、LCD顯示屏、驅(qū)動電路、三軸陀螺儀、三軸加速度計、電子羅盤和超聲波傳感器分別與微處理器相連。
[0005]所述的電源模塊包括兩塊鉛酸蓄電池及降壓模塊，提供+5V、+9V、± 15V和+24V輸出，并支持電壓電流監(jiān)測，過流保護(hù)，電池的過充過放保護(hù)等功能。
[0006]所述的驅(qū)動電路包括兩個直流伺服電機(jī)控制器且對應(yīng)配備光電編碼器。
[0007]本實用新型的有益效果是:不需要額外的附加設(shè)備和先驗的位置信息，具有低成本的優(yōu)勢，成果可以應(yīng)用于家居服務(wù)機(jī)器人等需要自主導(dǎo)航的機(jī)器人領(lǐng)域。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]圖1是本實用新型的結(jié)構(gòu)框圖。
[0009]圖2是本實用新型的驅(qū)動電路的結(jié)構(gòu)框圖。
【具體實施方式】
[0010]下面結(jié)合附圖詳細(xì)描述本實用新型的【具體實施方式】。
[0011]圖1中，101為微處理器；102為電源模塊；103為IXD顯示屏；104為驅(qū)動電路；105為三軸陀螺儀；106為三軸加速度計；107為電子羅盤；108為超聲波傳感器。電源模塊(102)、LCD顯示屏(103)、驅(qū)動電路(104)、三軸陀螺儀(105)、三軸加速度計(106)、電子羅盤(107)和超聲波傳感器(108)分別與微處理器(101)相連。三軸陀螺儀(105)、三軸加速度計(106)、電子羅盤(107)和超聲波傳感器(108)為導(dǎo)航提供加速度、角速度、方位和與周圍物體的距離信息。
[0012]圖2中，201為直流伺服電機(jī)控制器A ;202為直流伺服電機(jī)A ;203為光電編碼器A ；204為直流伺服電機(jī)控制器B ；205為直流伺服電機(jī)B ；206為光電編碼器B ；207為失調(diào)電位器。直流伺服電機(jī)控制器A(201)和直流伺服電機(jī)控制器B(204)分別與失調(diào)電位器(205)相連，光電編碼器A(202)與直流伺服電機(jī)控制器A(201)相連，光電編碼器B (204)與直流伺服電機(jī)控制器B (203)相連。
[0013]直流伺服電機(jī)控制器A(201)和直流伺服電機(jī)控制器B(204)均采用Maxon4-Q-DCADS 50/5，分別驅(qū)動直流伺服電機(jī)A(202)和直流伺服電機(jī)B (205)。光電編碼器A(203)和光電編碼器B(206)均采用HEDL 5540，分別形成對直流伺服電機(jī)控制器A(201)和直流伺服電機(jī)控制器B(204)的反饋，直流伺服電機(jī)控制器A(202)和直流伺服電機(jī)控制器B(205)均工作在速度反饋方式。以直流伺服電機(jī)控制器A(201)為例，輸入有兩個:一個來自光電編碼器A(203)，直流伺服直流伺服電機(jī)控制器A(201)將光電編碼器A(203)輸出的頻率信號轉(zhuǎn)換為電壓信號；另一個來自設(shè)定直流伺服電機(jī)A (202)轉(zhuǎn)速的電平輸入,該輸入是差分信號，輸入范圍是-1OV?+10V，輸入電壓差值與直流伺服電機(jī)A(202)的轉(zhuǎn)速成正t匕，通過調(diào)節(jié)失調(diào)電位器(207)，使輸入壓差為OV時，電機(jī)轉(zhuǎn)速為零；輸入壓差大于零時，電機(jī)正轉(zhuǎn)，反之電機(jī)反轉(zhuǎn)。由于直流伺服電機(jī)控制器A(201)、直流伺服電機(jī)A(202)和光電編碼器A(203)已經(jīng)實現(xiàn)了閉環(huán)速度控制，實際使用時，只需給出電平信號即可實現(xiàn)直流伺服電機(jī)A (202)轉(zhuǎn)速的控制。
【權(quán)利要求】
1.一種基于多傳感器融合的自主導(dǎo)航機(jī)器人控制裝置，其特征在于:裝置由微處理器、電源模塊、LCD顯示屏、驅(qū)動電路、三軸陀螺儀、三軸加速度計、電子羅盤和超聲波傳感器組成，電源模塊、IXD顯示屏、驅(qū)動電路、三軸陀螺儀、三軸加速度計、電子羅盤和超聲波傳感器分別與微處理器相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于多傳感器融合的自主導(dǎo)航機(jī)器人控制裝置，其特征在于電源模塊包括兩塊鉛酸蓄電池及降壓模塊，提供+5V、+9V、±15V和+24V輸出，并支持電壓電流監(jiān)測，過流保護(hù)，電池的過充過放保護(hù)等功能。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于多傳感器融合的自主導(dǎo)航機(jī)器人控制裝置，其特征在于驅(qū)動電路包括兩個直流伺服電機(jī)控制器且對應(yīng)配備光電編碼器。
【文檔編號】G05D1/10GK203812092SQ201420185318
【公開日】2014年9月3日 申請日期:2014年4月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月16日
【發(fā)明者】施文灶, 王平, 黃晞 申請人:福建師范大學(xué)