一种迎宾机器人控制系统的制作方法

本实用新型涉及只能机器人领域，具体涉及一种迎宾机器人控制系统。

背景技术：

我国在服务机器人领域的研发起步较晚。目前在服务机器人方面的产品很少，己经研制开发出来的若干种实验室样机距现实产业化也有着较大距离，还未形成有一定规模的服务机器人企业，仅有一些小企业介入教育与娱乐机器人产品制造。但近年来，在国家“863"计划和“十一五”计划的支持下，我国在服务机器人研究和产品研发方面已开展了大量工作，并取得了一定的成绩。目前，我国服务机器人研究技术已跨入世界先进行列，但与日本、美国等国家的技术相比还是有差距的，我国科技工作者正在努力向前，热切地期盼着我们自己水平更高的、功能更强的服务型机器人与大家见面。

随着人们生活水平的日益提高以及科学技术水平的飞速发展，机器人已经慢慢溶入人们的生活。因此对迎宾机器人进行研究具有重要的现实意义和实际应用价值。

现有的，机器人尤其是迎宾机器人，还处在发展的初级阶段，其系统繁杂，CPU模块连接的串口较少，导致其功能扩展不便。

技术实现要素：

针对现有技术中的迎宾机器人串口较少的问题，本实用新型提供一种六路串口的迎宾机器人控制系统。

为解决上述技术问题，本实用新型所述的技术方案是：一种迎宾机器人控制系统，包括分别连接在CPU模块上的红外传感器模块、障碍物检测模块、串口接口模块、电机驱动模块以及电源模块，其中，所述的红外传感器模块用于检测来宾进门/出门的识别；所述的障碍物检测模块用于在迎宾机器人移动时进行避障；所述的电机驱动模块用于驱动迎宾机器人上设置的电机；所述的电源模块用于为CPU模块、红外传感器模块和电机驱动模块供电，其技术方案是：所述的串口接口模块包括分别与CPU模块连接的六路串口，分别为用于连接并驱动迎宾机器人上电机的电机驱动接口I和电机驱动接口II、用于连接无线通信设备的无线接口、用于连接语音模块提供语音服务的语音报警器接口、用于连接触摸屏并收集触摸屏数据的触摸屏接口和连接RFID读写器用于坐标位置定位的RFID接口。

进一步的，所述的串口接口模块包括RS232芯片I、RS232芯片II和RS232芯片III ；

其中，所述的电机驱动接口I和电机驱动接口II接在RS232芯片I上，其中，用于连接电机驱动器的电机驱动接口I的电路为：电机驱动接口I的发送端和接收端分别接RS232芯片I的第十四管脚和第十三管脚， RS232芯片I的第十一管脚和第十二管脚分别连接CPU模块的第六十八管脚和第六十九管脚；

电机驱动接口II的电路为：电机驱动接口II的发送端和接收端分别接RS232芯片I的第七管脚和第八管脚；RS232芯片I的第十管脚和第九管脚分别接CPU模块的第二十五管脚和第二十六管脚；

其中，无线接口和语音报警器接口连接在RS232芯片II上，其中，无线接口的发送端和接收端分别接RS232芯片I的第十四管脚和第十三管脚；RS232芯片II的第十一管脚和第十二管脚分别接CPU模块的第四十七管脚和第四十八管脚；

语音报警器接口的发送端和接收端分别接RS232芯片II的第七管脚和第八管脚；RS232芯片II的第十管脚和第九管脚分别接CPU模块的第七十八管脚和第七十九管脚；

其中，触摸屏接口和RFID接口共同连接在RS232芯片III上，其中，触摸屏接口的发送端和接收端分别接RS232芯片III的第十四管脚和第十三管脚；RS232芯片III的第十一管脚和第十二管脚分别接CPU模块的第八十管脚和第八十三管脚；

RFID接口的发送端和接收端分别接RS232芯片III的第七管脚和第八管脚；RS232芯片III的第十管脚和第九管脚分别接CPU模块的第三十四管脚；和第六十三管脚。

进一步的，所述的电机驱动接口I和电机驱动接口II分别连接电机驱动模块中的电机驱动电路I和电机驱动电路II；

进一步的，所述的电机驱动接口I和电机驱动接口II分别连接电机驱动模块中的电机驱动电路I和电机驱动电路II；

其中，所述的电机驱动电路I包括驱动芯片I，其中，驱动芯片I的第一管脚、第三管脚、第五管脚、第八管脚分别接CPU模块的第一百六十四管脚、第一百六十五管脚、第五十六管脚、第一百六十七管脚；驱动芯片I的第二管脚、第四管脚、第六管脚、第九管脚及CPU模块1的第五十管脚，分别串联第五电阻(R5)、第九电阻、第一电阻、第二电阻和第六电阻后连接到电机驱动器上；

其中，所述的电机驱动电路II包括驱动芯片II，驱动芯片II的第一管脚、第三管脚、第五管脚、第八管脚分别接CPU模块的第一百六十一管脚、第一百六十二管脚、第五十七管脚和第一百六十三管脚；驱动芯片II的第二管脚、第四管脚、第六管脚、第九管脚、CPU模块的第五十一管脚分别串联第三电阻、第四电阻、第七电阻、第八电阻和第十电阻后连接到电机驱动器上。

优选的，所述的RS232芯片I、RS232芯片II和RS232芯片III 的型号为SP323B芯片。

优选的，所述的驱动芯片I和驱动芯片II的型号是74HC14D。

优选的，所述的CPU模块的型号是STM32F407芯片。

本实用新型的有益效果是：本实用新型基于STM32的迎宾机器人具有快速的运算能力，控制系统采用STM32微控制器丰富的接口，使本实用新型达到六路串口，提供了迎宾机器人工作所需的所有模块接口，使得本实用新型方便扩展，功能强大、性能优越，满足迎宾机器人所有的功能。

用于连接触摸屏并收集触摸屏数据的触摸屏接口和连接RFID读写器用于坐标位置定位的RFID接口。

附图说明

图1为本实用新型模块示意图。

图2 电机驱动接口I、电机驱动接口II与CPU模块连接电路图。

其中，图2a为RS232芯片I连接示意图；图2b为电机驱动接口I、电机驱动接口II输出示意图；图2c为CPU模块连接示意图。

图3电机驱动电路I与CPU模块连接电路图。

其中，图3a为驱动芯片I连接示意图；图3b为CPU模块连接示意图；图3c为电机驱动电路I输出示意图。

图4是迎宾机器人的软件流程图。

其中，1. CPU模块；2. 红外传感器模块；3. 障碍物检测模块；4. 串口接口模块；5. 电机驱动模块；6. 电源模块。

401. 电机驱动接口I；402. 电机驱动接口II；403. 无线接口；404. 语音报警器接口；405. 触摸屏接口；406. RFID接口；407. RS232芯片I；408. RS232芯片II ；409. RS232芯片III；501. 电机驱动电路I；502. 电机驱动电路II；503.驱动芯片I；504.驱动芯片II。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型进行进一步的说明。

如图1，一种迎宾机器人控制系统，包括分别连接在CPU模块1上的红外传感器模块2、障碍物检测模块3、串口接口模块4、电机驱动模块5以及电源模块6，其中，所述的红外传感器模块2用于检测来宾进门/出门的识别；所述的障碍物检测模块3用于在迎宾机器人移动时进行避障；所述的电机驱动模块5用于驱动迎宾机器人上设置的电机7；所述的电源模块6用于为CPU模块1、红外传感器模块2和电机驱动模块5供电，其技术方案是：所述的串口接口模块4包括分别与CPU模块1连接的六路串口，分别为：用于连接并驱动迎宾机器人上电机的电机驱动接口I401和电机驱动接口II402、用于连接无线通信设备的无线接口403、用于连接语音模块提供语音服务的语音报警器接口404、用于连接触摸屏并收集触摸屏数据的触摸屏接口405和连接RFID读写器用于坐标位置定位的RFID接口406。

进一步的，串口接口模块4包括RS232芯片I407、RS232芯片II408和RS232芯片III 409；如图2所示，其中，所述的电机驱动接口I401和电机驱动接口II402接在RS232芯片I407上，其中，用于连接电机驱动器的电机驱动接口I401的电路为：电机驱动接口I401的发送端和接收端分别接RS232芯片I407的第十四管脚和第十三管脚， RS232芯片I407的第十一管脚和第十二管脚分别连接CPU模块1的第六十八管脚和第六十九管脚；

用于连接电机驱动器的电机驱动接口II402的电路为：电机驱动接口II402的发送端和接收端分别接RS232芯片I407的第七管脚和第八管脚；RS232芯片I407的第十管脚和第九管脚分别接CPU模块1的第二十五管脚和第二十六管脚。

需要说明的是：无线接口403、语音报警器接口404以及触摸屏接口405、RFID接口406的电路与电机驱动接口I401和电机驱动接口II402的电路一致，仅在连接CPU模块1上的管脚不同，本文已经明确说明其连接管脚，本领域人员可以很明确的获知各部分的连接关系。本文仅提供电机驱动接口I401和电机驱动接口II402电路作为参考。

进一步的，无线接口403和语音报警器接口404连接在RS232芯片II408上，其中，无线接口403用于连接无线通信设备，无线接口403的发送端和接收端分别接RS232芯片II408的第十四管脚和第十三管脚；RS232芯片II408的第十一管脚和第十二管脚分别接CPU模块1的第四十七管脚和第四十八管脚；

语音报警器接口404的发送端和接收端分别接RS232芯片II408的第七管脚和第八管脚；RS232芯片II408的第十管脚和第九管脚分别接CPU模块1的第七十八管脚和第七十九管脚。

进一步的，触摸屏接口405和RFID接口406共同连接在RS232芯片III409上，其中，触摸屏接口405的发送端和接收端分别接RS232芯片III409的第十四管脚和第十三管脚；RS232芯片III409的第十一管脚和第十二管脚分别接CPU模块1的第八十管脚和第八十三管脚；RFID接口406的发送端和接收端分别接RS232芯片III409的第七管脚和第八管脚；RS232芯片III409的第十管脚和第九管脚分别接CPU模块1的第三十四管脚和第六十三管脚。

优选的，CPU模块1采用STM32F407芯片；RS232芯片I407、RS232II芯片408、 RS232芯片III409采用SP323B芯片。

如图3所示，进一步的，所述的电机驱动接口I401和电机驱动接口II402分别连接电机驱动模块5中的电机驱动电路I501和电机驱动电路II502。

其中，所述的电机驱动电路I501包括驱动芯片I503，其中，驱动芯片I503的第一管脚、第三管脚、第五管脚、第八管脚分别接CPU模块1的第一百六十四管脚、第一百六十五管脚、第五十六管脚、第一百六十七管脚；

驱动芯片I503的第二管脚、第四管脚、第六管脚、第九管脚及CPU模块1的第五十管脚，分别串联第五电阻R5、第九电阻R9、第一电阻R1、第二电阻R2和第六电阻R6后连接到电机驱动器上；其中，所述的电机驱动电路II502包括驱动芯片II504，驱动芯片II504的第一管脚、第三管脚、第五管脚、第八管脚分别接CPU模块1的第一百六十一管脚、第一百六十二管脚、第五十七管脚和第一百六十三管脚；

驱动芯片II504的第二管脚、第四管脚、第六管脚、第九管脚、CPU模块1的第五十一管脚分别串联第三电阻R3、第四电阻R4、第七电阻R7、第八电阻R8和第十电阻R10后连接到电机驱动器上。

需要明确的是：电机驱动接口I401和电机驱动接口II402电路结构一致，仅在连接CPU模块1的管脚不同，本文已经明确说明其连接管脚，本领域人员可以很明确的获知各部分的连接关系。

优选的，驱动芯片I503和驱动芯片II504的型号是74HC14D。

所述的电源模块6包括为电机驱动模块5提供12V直流电的直流电源I、为红外传感器模块2、障碍物检测模块3等提供5V直流电的直流电源II和为CPU模块提供3.3V直流电的直流电源III。

所述的红外传感器模块2与CPU模块1相连为现有技术，为常见的检测方法，其具体连接举例如CN201620195927.X公开的技术方案。

所述的障碍物检测模块3与CPU模块1相连为现有技术，为常见的检测方法，其具体连接举例如CN204282264公开的光电避障技术方案。

本实用新型的目的是设计一种基于STM32的迎宾机器人控制系统，搭配外围设备实现如下功能：当来宾到来，本实用新型通过红外传感器模块2感应到来宾的到来，将信息发送给CPU模块1，CPU模块1控制语音报警器接口404发出声音：“您好，欢迎光临！”。机器人可借助底部滑轮走向来宾。此时机器人通过电机驱动模块5驱动舵机转动头部，转向来宾方向，并抬起手臂做出欢迎手势。当贵宾离开时，红外传感器模块2感应到贵宾离开，CPU模块1控制电机驱动模块5驱动舵机，将头部转向贵宾，机器人在触摸屏上显示欢送表情，此时机器人通过舵机将手臂抬起作出欢送手势，并通过语音系统发出：“谢谢光临!”

红外传感器模块2连接外部红外传感器，把采集到的信号传送给STM32F407，经过计算处理控制机器人做出欢迎/欢送的动作；通过障碍物检测模块3连接光电开关，把光电开关信号传送给STM32F407，从而在迎宾机器人行走的过程中避开障碍物；串口接口模块4采用SP3232B芯片，实现STM32F407与无线模块、RFID读写器、触摸屏、电机驱动器以及语音模块的连接；电机驱动模块采用74HC14D芯片电路或者串口通信，连接电机驱动器后，可以用于电机驱动器控制，控制安装在迎宾机器人底部的行走电机、腰部电机、头部电机、手臂电机；电源模块6采用24V锂电池直流电源供电，分别通过LM2576HVS-5.0和LM2576HVS-3.3芯片转换为5V和3.3V，经过滤波后供STM32F407和各个模块使用，通过LM2576HVS-12芯片转换为12V供电机驱动器使用。

如图4，为迎宾机器人的软件流程图，基本设计思想是先探测是否有人进出，然后根据红外传感器探测情况实现相应的动作。先进行系统的初始化后，开始以查询方式检查两个红外传感器的输出情况，若没有检测到有行人经过，则继续一直监测；若检测到有行人经过，则应驱动电动机转动，机器人头部转向客人，带动手臂上抬致意，并播放语音欢迎客人，执行迎宾或送宾的相应操作。完成迎宾操作后，机器人要恢复原状，继续监测。

需要明确的是：电机驱动可以通过两种方式进行，可以通过串口接口模块4中的电机驱动接口I401，电机驱动接口II402控制电机驱动器来驱动电机，也可以通过电机驱动模块5来控制电机驱动器，从而完成迎宾机器人的各种迎宾动作。

本实用新型中CPU模块1选用的是STM32F407芯片，基于最新的ARM Cortex M4内核，在现有出色的STM32微控制器产品组合中新增了硬件FPU单元和信号处理功能DSP，并提高了运行速度，高达210DMIPS，使得使用本实用新型的迎宾机器人计算能力出众，工作效率更高。

以上所述仅为实用新型的较佳实施例而己，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。