小型智能轮式移动机器人的制作方法

本实用新型属于机器人设计技术领域，具体涉及一种小型智能轮式移动机器人。

背景技术：

小型智能机器人，由于其具有良好的互动性、讨喜的外观等特点，在教育、娱乐领域越来越受到欢迎。然而，现有的大多数小型智能机器人，具有运动自由度少以及运动时经常碰到障碍物的问题，从而降低了移动机器人的使用性能。

技术实现要素：

针对现有技术存在的缺陷，本实用新型提供一种小型智能轮式移动机器人，可有效解决上述问题。

本实用新型采用的技术方案如下：

本实用新型提供一种小型智能轮式移动机器人，包括机身(1)，所述机身(1)的顶部可转动安装有头部(2)，所述头部(2)通过头部舵机驱动；在所述头部(2)上安装有USB摄像头；所述机身(1)的左右两侧各可转动安装有机械臂(3)；所述机械臂的每个关节均装配有机械臂数字舵机；各个所述机械臂数字舵机通过串行总线连接；每个所述机械臂数字舵机均对应有位置反馈传感器、速度反馈传感器以及力矩反馈传感器；所述机身(1)的正面装配有超声波测距装置；所述机身(1)的底部装配有左车轮和右车轮；所述机身(1)的底部还装配有避碰环(4)；所述避碰环(4)的左前位置、右前位置、左后位置和右后位置各安装有一个碰撞传感器；

在所述机身(1)的内部安装有机载PC和主控制电路板；所述头部舵机、所述机械臂数字舵机均连接到所述主控制电路板的舵机驱动器上；所述位置反馈传感器、所述速度反馈传感器、所述力矩反馈传感器、所述超声波测距装置以及所述碰撞传感器均连接到所述主控制电路板；所述USB摄像头连接到所述机载PC；所述机载PC和所述主控制电路板通过RS232通信连接。

优选的，所述机载PC还连接有麦克风、无线网卡、喇叭和液晶屏。

优选的，所述左车轮和所述右车轮连接有运动控制卡；所述运动控制卡装配到所述主控制电路板上。

优选的，所述主控制电路板装配有24V转12V电源电压转换电路以及24V转5V电源电压转换电路。

本实用新型提供的小型智能轮式移动机器人具有以下优点：

(1)在头部和机械臂的每个关节均装配有数字舵机，具有机器人运动自由度大的优点；

(2)在机身前侧装配超声波测距装置，在机身底部装配避碰环，并且，每个避碰环的四周装配4个碰撞传感器，从而可保证机器人行走时有效避障，提高机器人行走的安全可靠性；

(3)产品结构简单，体积小，重量轻，运动范围大，制作成本低。

附图说明

图1为本实用新型提供的小型智能轮式移动机器人的结构示意图；

图2为本实用新型提供的小型智能轮式移动机器人的电路原理图。

其中：1-机身；2-头部；3-机械臂；4-避碰环；5-喇叭；6-机载PC；7-主控制电路板；8-超声波。

具体实施方式

为了使本实用新型所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

参考图1，本实用新型提供一种小型智能轮式移动机器人，包括机身1，机身1的顶部可转动安装有头部2，头部2通过头部舵机驱动；头部有一个自由度，可以机器人正前方为中位左右转动90度，其上安装有一个USB摄像头，摄像头通过USB2.0接口直接和机载PC连接，机载PC对采集到的图像进行处理，并作出相应的动作。

机身1的左右两侧各可转动安装有机械臂3；机械臂的每个关节均装配有机械臂数字舵机；各个机械臂数字舵机通过串行总线连接；每个机械臂数字舵机均对应有位置反馈传感器、速度反馈传感器以及力矩反馈传感器；实际应用中，左右两个机械臂各有5个自由度，特点是自由度较多，操作范围广，可操作性强。通过安装多个舵机，方便调整机器人的各个关节姿态。另外，舵机可以限制电流、温度等参数，如果温度过高等可以报警或自动停机，防止损坏。

机身1的正面装配有超声波测距装置；超声波测距装置搭载在主板的422总路线上，每次测量操作，模块产生20个40KHZ超声波信号驱动超声波发送换能器发出超声波，同时模块内部的定时器开始计数。如果超声波接收换能器接收到信号，通过放大器对接收到的微弱超声波反射波进行放大，再检波输出到单片机，单片机进行比较判断，得到超声波传播时间t。这时，热敏电阻测量一次环境温度，根据以下公式计算出测量距离：

超声波速度C＝331.5m/s+0.6*T T为摄式度

距离L＝C*t/2 t为传播时间

超声波也是一种声波，其声速发C与温度有关。在使用时，如果温度变化不大，则可认为声速是基本不变的。如果测距精度要求很高，则应通过温度补偿的方法加以校正。

机身1的底部装配有左车轮和右车轮；机身1的底部还装配有避碰环4；避碰环4的左前位置、右前位置、左后位置和右后位置各安装有一个碰撞传感器；因此，避碰环传感器由左前、右前、左后、右后四个碰撞传感器组成，主要功能为防止前后左右四个方向有障碍物。当碰到障碍物时机器人会向相反方向躲避，以免造成损伤。

在机身1的内部安装有机载PC和主控制电路板；头部舵机、机械臂数字舵机均连接到主控制电路板的舵机驱动器上；位置反馈传感器、速度反馈传感器、力矩反馈传感器、超声波测距装置以及碰撞传感器均连接到主控制电路板；USB摄像头连接到机载PC；机载PC和主控制电路板通过RS232通信连接。

实际应用中，机载PC机作为机器人大脑，进行传感器信号分析，机器人行为决策。摄像头、麦克风、无线网卡、喇叭、液晶屏等PC机外围设备直接接到PC相应端口上。

机载PC机与主控制电路板采用RS-232通讯。比如PC机通过RS-232给主控制电路板发送超声波数据查询指令，主控制电路板上电路将这条指令转化为RS-422总线指令，并传感给任何搭载在主板上的RS-422设备。超声波传感器从主板的RS-422总线上获得这条指令，就将当前障碍物距离值以RS-422电平形式返回数据放到主板RS-422总线上，主板变换电平为RS-232并发送给PC机，PC机收到超声波的距离值判断机器人与障碍物的距离，并作出前进或者后退等决策，并以RS-232指令发给主板，主板将其变换为RS-422指令发给运动控制卡，控制器控制驱动器和电机作出相应的动作，让机器人前进或者后退。

主控制电路板主要的功能有以下几个部分：

(1)为各个功能模块电路板提供机械安装位置。

(2)对输出的24V电源进行电压变化，转化出1路12V提供给机械臂、液晶屏、风扇，1路5V给PC机，1路5V给其它的功能模块电路。

(3)铺设RS-422线路，将RS-232信号输入转化为RS-422信号。运动控制卡、超声波、Multiflex控制器都是RS-422从机设备，搭载在主板上。

本实用新型提供的小型智能轮式移动机器人具有以下优点：

(1)采用模块化设计，单个模块均可独立工作，便于拆装及功能实现；

(2)在头部和机械臂的每个关节均装配有数字舵机，具有机器人运动自由度大的优点；可实现的服务功能更丰富；

(3)在机身前侧装配超声波测距装置，在机身底部装配避碰环，并且，每个避碰环的四周装配4个碰撞传感器，从而可保证机器人行走时有效避障，提高机器人行走的安全可靠性；

(4)产品结构简单，体积小，重量轻，运动范围大，制作成本低。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视本实用新型的保护范围。