基于单片机的双轮差速移动机器人的控制系统的制作方法

专利名称:基于单片机的双轮差速移动机器人的控制系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种基于单片机的双轮差速移动机器人的控制系统，包括用于控制所述机器人运动的单片机，所述单片机通信连接有第一驱动器、第二驱动器以及用于执行算法的上位机，所述单片机还设有连接抱闸信号的I/O端口。本实用新型的控制系统将占用大量资源的运动控制以及里程计的计算，交由AVR单片机处理，大大提高了实时性；另外，AVR单片机可以过滤掉上位机程序中某些错误的数据，使通讯更加可靠。
【专利说明】
基于单片机的双轮差速移动机器人的控制系统
技术领域
[0001]本实用新型涉及移动机器人运动控制技术，尤其涉及一种把运动控制部分转移到底层，提高实时性的基于单片机的双轮差速移动机器人的控制系统。
【背景技术】
[0002]差速移动机器人通常是由两个驱动器驱动电机完成运动控制，目前一般的控制系统是把驱动器连接到上位机，由上位机直接给驱动器发送控制指令并且接收驱动器位置信息。如图1所示，上位机不仅需要执行相应算法，还需要进行运动控制，进行繁琐的数据处理任务，而且没有一个统一的通讯协议，影响执行的实时性和可靠性。
[0003]有鉴于上述的缺陷，本设计人，积极加以研究创新，以期创设一种将上位机的运动控制部分转移到下层执行的基于单片机的双轮差速移动机器人的控制系统，使其更具有产业上的利用价值。
【实用新型内容】
[0004]为解决上述技术问题，本实用新型的目的是提供一种提高实时性和可靠性的基于单片机的双轮差速移动机器人的控制系统。
[0005]本实用新型的基于单片机的双轮差速移动机器人的控制系统，包括用于控制所述机器人运动的单片机，所述单片机通信连接有第一驱动器、第二驱动器以及用于执行算法的上位机，所述单片机还设有连接抱闸信号的I/O端口。
[0006]进一步的，所述单片机连接所述第一驱动器、所述第二驱动器与所述上位机的各串口均通过电平转换芯片分别与所述第一驱动器、所述第二驱动器及所述上位机连接。
[0007]进一步的，所述单片机还设有定时器中断串口。
[0008]进一步的，所述电平转换芯片为232电平转换芯片。
[0009]借由上述方案，本实用新型至少具有以下优点:
[0010]1、由于使用了统一的通讯协议，而且把运动控制部分下移到了下层，实现了软件和硬件的分离，不同平台之间的软件移植变得更加容易；
[0011]2、AVR单片机可以过滤掉上位机程序中某些错误的数据，使通讯更加可靠；
[0012]3、运动控制以及里程计的计算需要占用大量资源，而这些工作都被AVR单片机处理掉，大大提高了实时性。
[0013]4、可以在AVR电单片机上扩展某些功能，如显示当前机器人状态(如电量，里程数，异常情况等)，做某些简单的控制(如上所述的控制抱闸信号)等。
[0014]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，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本实用新型的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
【附图说明】

[0015]图1是现有技术中机器人的控制系统的原理框图；
[0016]图2是本实用新型的原理框图；
[0017]图3是本实用新型的主程序流程图；
[0018]图4是本实用新型的连接上位机的串口接收中断流程图；
[0019]图5是本实用新型的连接第一驱动器与第二驱动器的两串口接收中断流程图；
[0020]图6是本实用新型的定时器中断串口的流程图。
【具体实施方式】
[0021]下面结合附图和实施例，对本实用新型的【具体实施方式】作进一步详细描述。以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。
[0022]参见图2，本实用新型一较佳实施例所述的一种基于单片机的双轮差速移动机器人的控制系统，包括用于控制机器人运动的单片机，单片机通信连接有第一驱动器、第二驱动器以及用于执行算法的上位机，单片机还设有连接抱闸信号的I/o端口。
[0023]本实用新型将上位机的运动控制部分转移到下层执行，减轻了上位机繁重的计算，使上位机只专注于算法执行，并且运用统一的通讯协议进行上位机与单片机的通讯，保证数据传输可靠性，并且运用单片机实时处理驱动器信息，实时性得到大大提高。此外，还可在单片机上增加一些保护功能，避免上位机错误数据传入第一驱动器和/或第二驱动器。
[0024]具体的，单片机连接第一驱动器、第二驱动器与上位机的各串口均通过电平转换芯片分别与第一驱动器、第二驱动器及上位机连接，以满足工作电压需要。
[0025]由于本实用新型采用的是ATXmegal28Al芯片作为单片机，为配合该芯片，所采用的电平转换芯片为232电平转换芯片。
[0026]本实用新型的单片机芯片具有8个串口资源，为方便后续增加功能模块(如液晶显示屏等)，将所有的串口资源全部外接出来。需要3个串口分别与第一驱动器、第二驱动器和上位机通讯，I/O端口的功能是接抱闸信号，可以通过指令释放或者使能抱闸信号。
[0027]优选的，本实用新型的单片机还设有定时器中断串口，负责给上位机、驱动器发送相应指令。如此，该单片机共开启了四个中断，其中三个串口接收中断，分别接收上位机的指令、接收两驱动器位置信息。所以单片机中的程序可分为5段:
[0028]1、主程序，如图3所示，主要作用是选择系统时钟，初始化一些参数，然后就停机等待中断的执行；
[0029]2、上位机的串口接收中断程序，如图4所示，此中断主要用于接收上位机指令，经过处理转换成驱动器的指令发送出去；
[0030]3、第一驱动器与第二驱动器的两串口接收中断程序，如图5所示，该两中断主要用于接收驱动器的位置信息；
[0031]4、定时器中断程序，如图6所示，此中断用来定时给驱动器发送位置和速度的查询指令，并且根据位置和速度值计算机器人的里程计信息，返回给上位机。
[0032]将本实用新型中的单片机应用在一个装有Elmo驱动器的移动机器人平台上，分别接两个Elmo驱动器、计算机和抱闸，还有一个串口接一块LCD液晶显示屏，显示当前里程计的数值。经实验表明，该套系统控制精度直线误差在Imm左右，旋转误差在0.5度左右，每秒可以返回50帧里程计数据，传输错误率小于I %。
[0033]可见，本实用新型仅运用单片机就完成了对两个独立驱动器里程计的计算，避免上位机进行繁琐计算，影响效率；统一的通讯协议，可以通过电路板过滤一些错误的数据帧，此外，还能设置数据的上下限；可运用单片机扩展一些功能如释放抱闸、显示机器人状态等O
[0034]以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，并不用于限制本实用新型，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技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本实用新型的保护范围。
【主权项】
1.一种基于单片机的双轮差速移动机器人的控制系统，其特征在于:包括用于控制所述机器人运动的单片机，所述单片机通信连接有第一驱动器、第二驱动器以及用于执行算法的上位机，所述单片机还设有连接抱闸信号的I/O端口。2.根据权利要求1所述的基于单片机的双轮差速移动机器人的控制系统，其特征在于:所述单片机连接所述第一驱动器、所述第二驱动器与所述上位机的各串口均通过电平转换芯片分别与所述第一驱动器、所述第二驱动器及所述上位机连接。3.根据权利要求1所述的基于单片机的双轮差速移动机器人的控制系统，其特征在于:所述单片机还设有定时器中断串口。4.根据权利要求2所述的基于单片机的双轮差速移动机器人的控制系统，其特征在于:所述电平转换芯片为232电平转换芯片。
【文档编号】G05B19/042GK205721187SQ201620139419
【公开日】2016年11月23日
【申请日】2016年2月24日
【发明人】杨俊驹, 戴军, 王宏军, 林睿, 厉茂海
【申请人】苏州元谋智能机器人系统有限公司