一种ARM车型机器人及其使用方法与流程

本发明设计车型机器人技术领域，具体涉及一种arm车型机器人及其使用方法。

背景技术：

自21世纪以来，随着物联网技术不断发展，各式各样的智能设备进入了人们的日常生活当中，关系到千家万户的生活质量，目前，智能机器人广泛运用于运输、军事、救援、空间探测、智能家居等各个方面与领域，大大提高了工作效率以及降低了人工成本。

目前的车型机器人具有一定的智能化，但是其智能化程度低，无法实时调节行走方向；而且现有的车型机器人抗撞击能力较低，容易损坏，在受到撞击后其控制器容易损坏，造成严重的损耗；再者，目前的车型机器人功能比较单一，不能够在行走的过程中对某些特定场地进行清扫，实用性并不高。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明提供一种arm车型机器人及其使用方法，能有效的解决上述技术问题。

技术方案

一种arm车型机器人，包括车体,安装在车体中部的控制盒，以及分别安装在车体底部前后端两侧的驱动轮；所述的控制盒内固设有主控制器；所述的主控制器连接有安装在车体四周的寻迹避障模块和摄像头，所述寻迹避障模块和摄像头固设在受力板上，所述的受力板通过滑杆贯穿滑道与安装在车身中部空腔内的缓冲装置固定连接。

进一步的，所述寻迹避障模块包括避障单元和循迹单元，所述避障单元和循迹单元均包括红外发射管和红外接收管。

进一步的，所述的避障单元采用的是型号为hj-ir2的红外避障模块，所述循迹单元采用的是型号为hj-ir3红外循迹巡线传感器模块。

进一步的，所述的空腔设置在控制盒的四周与受力板连接杆相对应的位置，所述的缓冲装置包括安装在空腔内的滑块和缓冲弹簧。

进一步的，所述的主控制器连接有电机驱动模块，所述的电机驱动模块与安装在驱动轮上的电机连接。

进一步的，所述的电机驱动模块包括第一斯密特触发器、第二斯密特触发器、运算放大器a和运算放大器b；所述第一斯密特触发器的输入端输入pwm信号，输出端连接第二斯密特触发器的输入端，第二斯密特触发器的输出端通过负载电阻和滤波电容后与运算放大器a的正极输入端连接，运算放大器a的负极输入端连接输出端，运算放大器a的输出端通过电阻后与运算放大器b正极输入端连接，运算放大器b的输出端通过电阻后与三极管基极连接，运算放大器b的负极输入端通过电阻后与三极管的发射极连接，三极管的集电极接地。

进一步的，所述的主控制器连接有电源驱动模块，所述的电源驱动模块通过无线传输模块与无线遥控器信号连接。

进一步的，所述的主控制器连接有图像处理模块，所述的图像处理模块通过串口与高清摄像头信号连接。

进一步的，所述车体的底部固设有吸尘装置。

进一步的，所述的吸尘装置包括可拆卸固定在车体底部的储灰盒，储灰盒的上侧安装有吸尘驱动器，储灰盒的两侧连通设置有吸尘管，吸尘管的末端连接有吸尘口。

进一步的，所述吸尘驱动器通过导线与电源连接，所述的导线上设置有吸尘开关。

进一步的，所述的主控制器还连接有报警器、存储器和电源模块。

进一步的，所述控制器采用型号为stm32f103的单片机，所述无线传输模块采用型号为esp826的wifi模块，所述报警器型号为ml-10，所述存储器为ram随机存取存储器，所述图像采集模块采用型号为r3-dif的图像采集卡，所述电机驱动模块采用混合式步进电机。

一种arm车型机器人的使用方法，基于上述的arm车型机器人，该arm车型机器人在使用时能有效的避开障碍物，其具体使用方法如下：

步骤一：通过遥控器（该遥控器可以是手机或电脑或ipad上设置的app，也可以是手动遥控器），手动遥控机器人启动电源模块，电源模块对arm车型机器人进行通电，控制盒与后台控制终端进行信号连接；

步骤二：控制盒连接的电机驱动模块进行驱动，控制电机工作，驱动车轮进行转动，带动arm车型机器人行进；

步骤三：arm车型机器人行进时，避障单元接收到的红外信号判断前方是否有障碍物，循迹单元接收到的红外信号判断当前小车运动状态，同时，高清摄像头实时采集机器人周围环境图像；

步骤四：高清摄像头将采集到的图像发送给图像处理模块进行处理，图像处理模块若判断到周围有障碍物，将信息发送给总控制器，总控制器发送信号给周围避障单元，通过周围避障单元判断哪一边探测到障碍物信号，将信号发送至控制器，控制器向电机驱动模块发送控制指令，电机驱动模块向对应的电机发出pwm脉冲信号，调整驱动轮的方向进行避障；

步骤五：同时，用户可以通过遥控器控制车型机器人的行走方向和速度；

步骤六：若arm车型机器人在遥控状态时，遇到外来物体的撞击时，首先受力板受到外部的压力，压力通过滑杆分别传递到缓冲弹簧一和缓冲弹簧二上，滑块一和滑块二分别挤压到缓冲弹簧一和缓冲弹簧二上，起到了缓冲的作用；

步骤七：当arm车型机器人行进到需要进行清洁的地方时，启动吸尘器开关，车体底部的吸尘口开始工作，车体一边行进一边开始清洁工作，吸入的灰尘通过吸尘管统一收集到储灰盒内，arm车型机器人停止后可以取出储灰盒进行清理。

有益效果

本发明提出的一种arm车型机器人及其使用方法,与现有技术相比较，其具有以下有益效果：

（1）本技术方案结构简单，智能化程度高；自身能够实时监控机器人周围画面，并对障碍物进行避让；且使用方法简单，很容易被常人所接受；并可以通过遥控器进行远程遥控，大大的减少人力资源的投入，加快了工作效率。

（2）电机驱动模块的设置，可以实现4-20ma电流的精确输出，且分辨率与pwm信号的位数相关，只要pwm信号分辨率达到一定位数，就可以实现高精度的电流输出，由于采用施密特触发器和电流负反馈电路，其抗干扰能力和稳定性较高，进一步提高了驱动轮行走的稳定性。

（3）车体四周设置的受力板以及与其相匹配的缓冲装置，能有效减小机器人撞到其他物体时车体所受的压力，对该机器人起到防护作用；空腔在控制盒四周的设计，避免机器人受到撞击影响到控制盒的性能，对控制盒起到了有效的保护作用，提高了该机器人的使用寿命。

（4）车体底部设置的吸尘口，可以根据不同地方的需求，通过吸尘器开关控制吸尘器，在机器人运行的同时通过吸尘口将地面上的灰尘杂质吸入到储灰盒内，并可以从车体内将装满灰的储灰盒取出倒了。

附图说明

图1为本发明的整体结构平面示意图；

图2为本发明的主控制器的结构连接示意框图；

图3为本发明中电机驱动模块的电路连接图；

图4为本发明的流程示意图。

附图中的标志：1-车体、11-空腔、2-驱动轮、3-控制盒、4-受力板、5-缓冲装置、51-滑道、52-滑杆、53-滑块一、54-缓冲弹簧一、55-滑块二、56-缓冲弹簧二、6-寻迹避障模块、7-高清摄像头、8-吸尘器、81-吸尘口、82-吸尘管、83-储灰盒、9-吸尘器开关。

具体实施方式：

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。在不脱离本发明设计构思的前提下，本领域普通人员对本发明的技术方案做出的各种变型和改进，均应落入到本发明的保护范围。

实施例：

如图1所示，一种arm车型机器人,包括车体，车体底部前后端分别安装有驱动轮，包括前左驱动轮、前右驱动轮、后左驱动轮和后右驱动轮。

车体的内部安装有控制盒，所述控制盒内安装有主控制器，主控制器电性连接有报警器、存储器、电源模块、图像采集模块、无线传输模块和电机驱动模块，电源模块使用lm2596s稳压芯片将电压输出，所述电源模块为arm车型机器人供电。（在本实施例中，主控制器与报警器、存储器、电源模块、图像采集模块、无线传输模块和电机驱动模块的连接方式均采用本领域中常规的连接手段，本技术方案并未对其做任何改进，此为现有技术，不再多做阐述。）

车体的四周分别设有受力板，在车体的内部位于控制盒的四周分别设有与受力板对应的空腔，空腔内安装有缓冲装置；在空腔与受力板之间分别设有连通的滑道，滑到内贯穿有分别连接受力板内壁和缓冲装置的滑杆；所述滑杆的一端与受力板焊接固定连接，另一端焊接固定连接有缓冲装置中的滑块一；所述滑块一安装在空腔内，滑块一的两端抵在空腔的内壁上并沿着空腔的内壁前后滑动；在空腔内，滑块一的一侧依次固定连接有缓冲弹簧一、滑块二和缓冲弹簧二。

在各个受力板的底部分别安装有寻迹避障模块和高清摄像头，高清摄像头通过图像采集模块与控制器连接，高清摄像头采用usb免驱摄像头。寻迹避障模块包括避障单元和循迹单元，避障单元和循迹单元均包括红外发射管和红外接收管；所述的避障单元采用的是型号为hj-ir2的红外避障模块，所述循迹单元采用的是型号为hj-ir3红外循迹巡线传感器模块。

arm车型机器人在运行时，可以分为自动模式和操控模式；通过设置的循迹模块和避障模块，在行进时能自动的避开障碍物，可以实现自动模式；另外，还可以通过无线通信模块与遥控器连接，或与手机、ipad、电脑等设备上的app相连接，远程操控车体运行，实现手动操控模式。当开启车体的时候，默认为操控模式，用户可以将其切换为自动模式。

本发明的循迹功能实现主要是使用红外对管循迹方法，利用黑白两种颜色对红外线的吸收作用的不同来循迹的，根据机器人运动的情况，不断地发射红外线，当遇到黑线的时候，反射的比较少，遇到白线的时候，反射的比较多，便会触发比较器，将模拟信号变换为输出信号，发送到单片机里。

本发明的避障功能实现主要是采用红外避障，通过红外光电传感器探测到障碍物即发出脉冲，输出一个低电平，将其通过单片机处理，通过电机驱动模块进行控制，实现避障功能，左边探头检测到障碍物即向右转，右边探头检测到障碍物即向左转，若都没有，即直行。

控制器通过电机驱动模块连接四个驱动轮上的驱动电机，四个驱动电机分别驱动前左驱动轮、前右驱动轮、后左驱动轮和后右驱动轮；其中，控制器采用型号为stm32f103的单片机，所述无线传输模块采用型号为esp826的wifi模块，所述报警器型号为ml-10，所述存储器为ram随机存取存储器，所述图像采集模块采用型号为r3-dif的图像采集卡，所述电机驱动模块采用混合式步进电机。

电机驱动模块包括第一斯密特触发器、第二斯密特触发器、运算放大器a1d和运算放大器b2d，所述第一斯密特触发器输入端输入pwm信号，输出端连接第二斯密特触发器输入端，所述第二斯密特触发器输出端连接电阻a1c一端，电阻a1c另一端分别连接电阻b2c一端和电容f6b一端，所述电阻b2c另一端分别连接电容g7b一端和运算放大器a1d正极输入端，所述电容f6b另一端连接电容g7b另一端并接地，所述运算放大器a1d负极输入端连接输出端，所述运算放大器a1d输出端连接电阻c3c一端，电阻c3c另一端分别连接运算放大器b2d正极输入端和电阻g7c一端，所述运算放大器b2d输出端连接电阻f6c一端，电阻f6c另一端连接三极管23基极，所述运算放大器b2d负极输入端分别连接电阻d4c一端和电阻e5c一端，电阻d4c另一端接地，所述电阻e5c另一端分别连接三极管23发射极和电阻h8c一端，电阻h8c另一端连接第一二极管24负极，所述第一二极管24正极接地，所述三极管23集电极和电阻g7c另一端之间接入第二二极管25。本发明采用的电机驱动模块可以实现4-20ma电流的精确输出，且分辨率与pwm信号的位数相关，只要pwm信号分辨率达到一定位数，就可以实现高精度的电流输出，由于采用施密特触发器和电流负反馈电路，其抗干扰能力和稳定性较高，进一步提高了驱动轮行走的稳定性。

在车体的底部两侧分别设有吸尘口，所述吸尘口的一端通过吸尘管连接储灰盒，储灰盒通过卡扣可拆卸固定在车体上，在储灰盒的上方设有吸尘器，所述吸尘器37、储灰盒36和所述吸尘管35分别设置于所述车体1的内壁，所述车体1的外壁一侧设有吸尘器开关38，所述吸尘器开关38与所述吸尘器37连接。（在本实施例中，吸尘器结构以及吸尘器与车体的连接方式均采用本领域中常规的吸尘器和连接手段，本技术方案并未对其做任何改进，此为现有技术，不再多做阐述）

一种arm车型机器人的使用方法，基于上述的arm车型机器人，该arm车型机器人在使用时能有效的避开障碍物，其具体使用方法如下：

步骤一：通过遥控器（该遥控器可以是手机或电脑或ipad上设置的app，也可以是手动遥控器），手动遥控机器人启动电源模块，电源模块对arm车型机器人进行通电，控制盒与后台控制终端进行信号连接；

步骤二：控制盒连接的电机驱动模块进行驱动，控制电机工作，驱动车轮进行转动，带动arm车型机器人行进；

步骤三：arm车型机器人行进时，避障单元接收到的红外信号判断前方是否有障碍物，循迹单元接收到的红外信号判断当前小车运动状态，同时，高清摄像头实时采集机器人周围环境图像；

步骤四：高清摄像头将采集到的图像发送给图像处理模块进行处理，图像处理模块若判断到周围有障碍物，将信息发送给总控制器，总控制器发送信号给周围避障单元，通过周围避障单元判断哪一边探测到障碍物信号，将信号发送至控制器，控制器向电机驱动模块发送控制指令，电机驱动模块向对应的电机发出pwm脉冲信号，调整驱动轮的方向进行避障；

步骤五：同时，用户可以通过遥控器控制车型机器人的行走方向和速度；

步骤六：若arm车型机器人在遥控状态时，遇到外来物体的撞击时，首先受力板受到外部的压力，压力通过滑杆分别传递到缓冲弹簧一和缓冲弹簧二上，滑块一和滑块二分别挤压到缓冲弹簧一和缓冲弹簧二上，起到了缓冲的作用；

步骤七：当arm车型机器人行进到需要进行清洁的地方时，启动吸尘器开关，车体底部的吸尘口开始工作，车体一边行进一边开始清洁工作，吸入的灰尘通过吸尘管统一收集到储灰盒内，arm车型机器人停止后可以取出储灰盒进行清理。