本发明涉及机器人
技术领域：
，尤其涉及一种四轮独立驱动转向机器人的控制系统。
背景技术：
：随着经济的高速发展，电力系统规模不断扩大，对电力系统稳定性的要求不断提高。而现有人工巡检模式劳动强度大，检测质量分散，受恶劣天气干扰大，较难满足上述需要。随着机器人技术的出现，机器人能代替人工承担操作难度大、精度要求高的工作，机器人已经越来越多的为工业领域所关注。目前的移动机器人大多为两轮驱动转向机器人，转向较为不便，仅能应对较为简单的巡检任务，在面对电力系统复杂的检测环境时难以有效胜任巡检任务。技术实现要素：本发明提供了一种四轮独立驱动转向机器人的控制系统，解决了现有技术中的移动机器人大多为两轮驱动转向机器人，转向较为不便，仅能应对较为简单的巡检任务，在面对电力系统复杂的检测环境时难以有效胜任巡检任务的技术问题。本发明提供的一种四轮独立驱动转向机器人的控制系统，包括：调度模块、主控制模块、轮毂电机控制模块和转向舵机控制模块；所述调度模块与所述主控制模块连接，用于运行scheduler函数来执行机器人的运动模式的控制并发送对应的运动模式控制指令至所述主控制模块；所述主控制模块分别与所述轮毂电机控制模块和所述转向舵机控制模块连接，用于运行control函数来根据所述运动模式控制指令将机器人的整体运动速度和转向角度分解为4个轮毂电机的速度值和4个转向舵机的转向角度值，并分别发送至所述轮毂电机控制模块和所述转向舵机控制模块；所述轮毂电机控制模块用于运行motor函数来根据4个轮毂电机的速度值实现4个轮毂电机的控制；所述转向舵机控制模块用于运行servo函数来根据所述4个转向舵机的转向角度值实现4个转向舵机的控制。优选地，所述轮毂电机控制模块与所述主控制模块之间通过modbus-rtu协议连接。优选地，所述转向舵机控制模块工作于半双工模式。优选地，所述转向舵机控制模块还用于根据转向舵机实际的负载变量的变化判断转向舵机是否到达限位，若是，则对所述转向舵机进行限位。优选地，所述调度模块还用于定义与主控制模块之间的通讯协议。优选地，所述调度模块还用于定义所述轮毂电机控制模块与轮毂电机之间的通讯协议以及所述转向舵机控制模块和转向舵机之间的通讯协议。本发明提供的四轮独立驱动转向机器人的控制系统，还包括：计时模块，所述调度模块与所述计时模块连接，用于调用所述计时模块，并建立定时器计数变量和晶振时间的联系。本发明提供的四轮独立驱动转向机器人的控制系统，还包括：超声波检测模块，所述调度模块与所述超声波检测模块连接，用于接收所述超声波检测模块的超声波数字量数据，并根据所述超声波数字量数据通过所述主控制模块和所述轮毂电机控制模块控制轮毂电机制动。本发明提供的四轮独立驱动转向机器人的控制系统，还包括：红外防跌落检测模块，所述调度模块与所述红外防跌落检测模块连接，用于接收所述红外防跌落检测模块检测到坑时的高电平数据量，并根据所述高电平数据量通过所述主控制模块和所述轮毂电机控制模块控制轮毂电机制动。优选地，所述调度模块还用于进行电池数据处理，并进行电池的物理参数的实时监测与读取。从以上技术方案可以看出，本发明具有以下优点：本发明中通过调度模块运行scheduler函数来实现机器人运动模式的控制，并由与调度模块通讯连接主控制模块通过运行control函数来根据运动模式按机器人模型进行轮毂电机的速度拆解以及转向舵机的转向角度拆解，最后由与主控制模块通过通讯协议连接的轮毂电机控制模块和转向舵机控制模块分别通过motor函数和servo函数来将整个机器人的速度和转向具体分解到轮毂电机和转向舵机，实现机器人四个轮子的独立驱动和转向，由于控制系统中每个模块都运行有独立的处理函数，使得对机器人的控制能够更为灵敏，能够使得机器人的驱动和转向更为灵活敏捷，令到机器人在复杂的检测环境时能够实现位姿微调以及原地转向，从而胜任电力系统中复杂环境的巡检任务。附图说明为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。图1为本发明实施例提供的一种四轮独立驱动转向机器人的主从控制系统的结构示意图。具体实施方式本发明实施例提供了一种四轮独立驱动转向机器人的控制系统，用于解决现有技术中的移动机器人大多为两轮驱动转向机器人，转向较为不便，仅能应对较为简单的巡检任务，在面对电力系统复杂的检测环境时难以有效胜任巡检任务的技术问题为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，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，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。请参阅图1，图1为本发明实施例提供的一种四轮独立驱动转向机器人的主从控制系统的结构示意图。本发明实施例提供的一种四轮独立驱动转向机器人的控制系统，包括：调度模块、主控制模块、轮毂电机控制模块和转向舵机控制模块；调度模块与主控制模块连接，用于运行scheduler函数来执行机器人的运动模式的控制并发送对应的运动模式控制指令至主控制模块；主控制模块分别与轮毂电机控制模块和转向舵机控制模块连接，用于运行control函数来根据运动模式控制指令将机器人的整体运动速度和转向角度分解为4个轮毂电机的速度值和4个转向舵机的转向角度值，并分别发送至轮毂电机控制模块和转向舵机控制模块；轮毂电机控制模块用于运行motor函数来根据4个轮毂电机的速度值实现4个轮毂电机的控制；转向舵机控制模块用于运行servo函数来根据4个转向舵机的转向角度值实现4个转向舵机的控制。本发明实施例中，调度模块主要通过运行scheduler函数来进行机器人的运动决策，具体的包括：执行机器人的运动模式的控制；执行机器人的运动模式的切换；接收由轮毂电机控制模块和转向舵机控制模块所反馈的轮毂电机的实时速度和转向舵机的实时转向角度；查询超声波数字量数据和红外检测的高电平数据量；进行电池数据处理，并进行电池的物理参数的实时监测与读取。具体的，为了便于实时掌握和调整机器人的运动信息，调度模块还用于对自身所执行的运动决策的时间进行定义：其中，调度模块定义其执行机器人的运动模式的切换的时间小于或等于5ms；接收由轮毂电机控制模块和转向舵机控制模块所反馈的轮毂电机的实时速度和转向舵机的实时转向角度的时间小于或等于10ms；查询超声波数字量数据和红外检测的高电平数据量的时间小于或等于20ms；查询电池数据的时间小于或等于50ms。在本发明实施例中，主控制模块用于在获得调度模块所下发的机器人的运动模式之后，将机器人整体的运动速度和转角按数学模型分解成4个轮毂电机的速度值以及4个转向舵机的角度值，发送到各个电机控制芯片(即轮毂电机控制模块和转向舵机控制模块)，由各个电机控制芯片对电机和舵机进行分布控制。需要说明的是，轮毂电机控制模块与主控制模块之间通过modbus-rtu协议连接。轮毂电机控制模块主要通过动力motor函数进行对轮毂电机的控制。motor函数具体包含：(1)接收和发送轮毂电机速度数据，并向主控制模块发送一个确认信号；(2)进行modbus-rtu协议通讯，具体包括：判断功能码，帧尾crc16校验以及计算报文内容时进行索引；(3)进行换向频率到转速的数值变换：n＝20f/p(f为换向频率、p为磁极对数)；(4)访问和修改不同地址、功能字、寄存器地址和值，实现命令给定，调用格式，即在轮毂电机控制模块中定义寄存器的功能，如制动模式，控制模式，使得主控制模块可以根据实际所需要实现的功能进行寄存器的调用。进一步地，转向舵机控制模块工作于半双工模式。转向舵机控制模块主要通过伺服servo函数进行对转向舵机的控制。servo函数具体包含：(1)接收和发送转向舵机的角度数据，并向主控制模块发送一个确认信号；(2)使得转向舵机控制模块工作于半双工模式，即每次只发送一个转向舵机的控制数据包；(3)定义控制命令的关键字，如：mvp代表给转向舵机发送移动到某个角度的信号；gap代表获得转向舵机的传感器输出的反馈信号)；(4)进行转向舵机的限位控制:利用负载变量瞬间大幅变化确定转向舵机是否到达限位；读取转向舵机的绝对位置和相对位置，对其进行运算，进行开机后自检。本发明提供的四轮独立驱动转向机器人的控制系统，还包括：计时模块，调度模块与计时模块连接，用于调用计时模块，并建立定时器计数变量和晶振时间的联系。本发明提供的四轮独立驱动转向机器人的控制系统，还包括：超声波检测模块，调度模块与超声波检测模块连接，用于接收超声波检测模块的超声波数字量数据，并根据超声波数字量数据通过主控制模块和轮毂电机控制模块控制轮毂电机制动。本发明提供的四轮独立驱动转向机器人的控制系统，还包括：红外防跌落检测模块，调度模块与红外防跌落检测模块连接，用于接收红外防跌落检测模块检测到坑时的高电平数据量，并根据高电平数据量通过主控制模块和轮毂电机控制模块控制轮毂电机制动。进一步地，调度模块还用于进行电池数据处理，并进行电池的物理参数的实时监测与读取。在本发明实施例提供的控制系统中，在各模块的串口通信中,通常需要首先规定通信双方需遵循的协议,以保证两者的正常通信。串口通信按帧发送数据，本发明实施例中固定长度帧结构,帧长度为9字节，无奇偶校验位，具体格式如表1、表2和表3所示。表1主控制模块接收上位机指令的数据包格式主控板向工控机(即上位机)发送数据包指令主要是功能字之间的差异，功能字定义如下：表2主控制模块向上位机发送数据中的功能字定义functionvalue(意义)comment(说明)00x00控制模式选择10x01步进电机状态20x02轮毂电机状态3-70x03超声波状态40x04电池状态50x05运动控制状态60x06初始化状态70x07故障及告警状态表3发送至轮毂电机控制模块和转向舵机控制模块的数据包格式串口通信过程在串口中断中完成，主要是完成数据命令的接收，每次只能接收一个数据。每发生一次中断，系统接收一个数据，计数器指示接收到的数据存储的位置。若完成一帧有效命令的接收或接收发生错误，计数器置为0，重新开始新命令的接收。本发明中通过调度模块运行scheduler函数来实现机器人运动模式的控制，并由与调度模块通讯连接主控制模块通过运行control函数来根据运动模式按机器人模型进行轮毂电机的速度拆解以及转向舵机的转向角度拆解，最后由与主控制模块通过通讯协议连接的轮毂电机控制模块和转向舵机控制模块分别通过motor函数和servo函数来将整个机器人的速度和转向具体分解到轮毂电机和转向舵机，实现机器人四个轮子的独立驱动和转向，由于控制系统中每个模块都运行有独立的处理函数，使得对机器人的控制能够更为灵敏，能够使得机器人的驱动和转向更为灵活敏捷，令到机器人在复杂的检测环境时能够实现位姿微调以及原地转向，从而胜任电力系统中复杂环境的巡检任务。所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read-onlymemory)、随机存取存储器(ram，randomaccessmemory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。当前第1页12