基于嵌入式左右轮间距可自适应调节移动机器人的制作方法

本实用新型涉及一种移动机器人，具体为一种基于嵌入式左右轮间距可自适应调节的移动机器人。

技术背景

随着智能化技术的提升,在移动机器人上得到了广泛的应用,对各种控制技术的要求也是越来越高，迫切需要一种左右轮间距可自动调整、可以穿越尺寸不同的通道和障碍的越障移动机器人。然而现有的越障小车虽然能够达到左右轮间距可调节，但自动化程度不高，往往采用传统的鼠标、键盘、按钮等交互方式控制。这些传统的控制方式在当今的各种复杂环境下已经很难满足人们的需求，例如有毒有害或危险的环境，在这些环境中移动机器人的人机交互方式非常重要，尤其是需要机器人与人协同工作的时候更为重要。移动机器人的应用非常广泛，人和移动机器人都处在非常恶劣的环境中，为了时刻保持高度警惕，人的手脚和眼睛已经非常繁忙或者手脚已经没法使用，此时移动机器人根据环境的自适应调节以及通过语音控制就显得非常必要。

技术实现要素：

本实用新型的出发点在于解决上述存在的一些技术缺陷，将传感器技术、语音识别技术和左右轮间距可调节技术运用至移动机器人控制系统，该移动机器人能够实现左右轮间距根据环境自适应调节，能够实现语音控制，且具有适应性强、稳定性高、造价便宜、方便人机交互、自动化程度高的特点。

本实用新型一种基于嵌入式左右轮间距可自适应调节移动机器人包括电池组、电压转换器、控制器、电机驱动电路、左右步进电机、上位机、WIFI模块、编码器、语音识别模块、避障模块、左右轮间距调节模块，所述控制器模块分别通过脉冲信号、方向信号、使能信号与电机驱动电路连接，所述控制器通过分别通过两个GPIO口与左右两个编码器连接；所述控制器与WIFI模块连接；所述WIFI模块与上位机连接；所述电机驱动电路通过A+和 A-、B+和B-分别与步进电机的A相和B相绕组的正负端连接；所述语音识别模块与控制器连接；所述激光测距模块与控制器连接；所述左右轮间距调节模块与控制器连接；电压转换器分别给电机驱动模块、控制器、WIFI模块、编码器、语音识别模块、避障模块、左右轮间距调节模块供电。

进一步地，如上述所述的基于嵌入式左右轮间距可自适应调节移动机器人，其特征在于：移动机器人前方安装了三个避障模块，可以使机器人前方180度无死角探测。所述避障模块采用RCWL-0801激光测距模块，该模块采用高性能MCU，内部集成VL53LOX的运算及滤波算法。测量范围0cm-200cm，能完美达到本移动机器人的使用要求。

进一步地，如上述所述的基于嵌入式左右轮间距可自适应调节移动机器人，其特征在于：所述语音识别芯片采用LD3320语音识别芯片，直接集成在现有的产品中即可以实现语音识别、声控、人机对话功能，识别的关键词语列表是可以任意动态编辑的，由快速而稳定的优化算法，完成非特定人语音识别。

进一步的，如上述所述的基于嵌入式左右轮间距可自适应调节移动机器人，其特征在于：

所属左右间距调节模块采用四个独立的直流电动液压伸缩杆，液压结构虽然成本较高，但调节精度比传统机械是结构高，调节距离任意，调节更灵活。本机器人采用的直流电动液压伸缩杆的电压为24v，推杆行程活动范围为0-30mm，推力1400N(140kg)，推杆伸缩速度为 7mm/s，完全满足本机器人的要求。

作为对上述方案的进一步完善和补充，本实用新型还包括以下附加技术特征:

所述的基于嵌入式左右轮间距可自适应调节移动机器人采用了编码器车轮与机器人行走轮轮虚拟同轴技术，并且在此基础上对编码器车轮增加了减震功能，使得了机器人在转弯或者遇到路面不平整的情况下时能够在不影响机器人转弯或者直行的前提下能够起到精确测量机器人真实路程的效果。

本实用新型提供的基于嵌入式左右轮间距可自适应调节移动机器人，由于控制器采用的是STM32F103系列芯片,最高72MHz工作频率，完全能满足LD3320语音识别芯片2- 34MHz的需求，在存储器的0等待周期访问时可达1.25DMips/MHz,高达20K字节的 SRAM,多达80个快速I/O端口、七个定时器、9个通信接口。使得控制器在整个系统的运行状态和资源分配上更快更稳定。

本实用新型提供的基于嵌入左右轮间距可自适应调节移动机器人，提出了上位机操控界面的设计，通过WIFI模块与上位机连接，直接完成人机对话。

附图说明：

图1为本实用新型基于嵌入式左右轮间距可自适应调节移动机器人的系统流程框图；

图中：1-电池组、2-电压转换器、3-控制器、4-电机驱动电路、5-左步进电机、6-右步进电机、7-上位机、8-WIFI模块、9-编码器、10-语音识别模块、11-左右轮间距调节模块、12- 避障模块。

图2为本实用新型基于嵌入式左右轮间距可自适应调节移动机器人的语音控制器结构框图；

图3为本实用新型基于嵌入式左右轮间距可自适应调节移动机器人的左右轮间距调节系统的流程框图；

图4为本实用新型基于嵌入式语音控制的自定位移动机器人的步进电机控制流程框图。

具体实施方式：

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式进行详细描述，使本实用新型的目的以及技术上的优点更加清楚，方案更加完整。

图1是本实用新型基于嵌入式左右轮间距可自适应调节移动机器人的系统结构示意图，如图1所示，本实用新型所述的基于嵌入式左右轮间距可自适应调节移动机器人，包括电池组1、电压转换器2、控制器3、电机驱动电路4、左步进电机5、右步进电机6、上位机7、WIFI模块8、编码器9、语音识别模块10、左右轮间距调节模块11、避障模块12，所述控制器模块分别通过脉冲信号、方向信号、使能信号与电机驱动电路连接，所述控制器通过分别通过两个GPIO口与左右两个编码器连接；所述控制器与WIFI模块连接；所述 WIFI模块与上位机连接；所述电机驱动电路通过A+和A-、B+和B-分别与步进电机的A相和B相绕组的正负端连接；所述语音识别模块与控制器连接；所述控制器与左右轮间距调节模块连接；电压转换器分别给电机驱动模块、控制器、WIFI模块、编码器、语音识别模块、左右轮间距调节模块、避障模块供电。

如图1所述的基于嵌入式左右轮间距可自适应调节移动机器人的工作原理如下：人为给上位机发送一个指令，上位机7发出信号，此信号经过WIFI模块8发送到控制器3，电压转换器2开始工作，电池组1的电压被电压转换器2转换成3.3V、5V、24V分别给编码器9、WIFI模块8、控制器3、电动机驱动电路4、语音识别模块10、左右轮间距调节模块 11、避障模块12供电。避障模块开始工作，将机器人前方障碍的距离信号发送给控制器，同样的，语音识别模块10识别的语音编码发送给控制器3，控制器3将脉冲信号分别发送给电机驱动模块4和左右轮间距调节模块11，左右轮间距调节模块11的直流电动液压伸缩杆开始工作，达到左右轮间距调节的目的，电动机驱动模块4驱动左步进电机5右步进电机 6以及左右轮间距调节模块11进行工作，同样地，控制器3也可以通过控制左步进电机5 和右步进电机6来控制机器人的左右两个轮子来控制机器人移动的速度以及机器人的前进方向。与步进电机对应的的编码器9轮跟随电机轮一起转动，以达到纪录机器人行走的的真实距离。与控制器相连的WIFI模块将数据发送到PC上位机，PC上位机上可以观察到机器人的各种数据。

本实用新型基于嵌入式左右轮间距可自适应调节移动机器人的设计思想是左右轮间距灵活调节、能稳定运行机器人使用，所以采用四轮式机器人。四轮结构在稳定性方面要强于三轮结构。一般轮式移动机器人转向装置的结构通常使用舵机转向，在此方式下前轮是自由轮，后轮是驱动轮，使用一个电机进行驱动，转向使用舵机控制转向轮(前轮)实现。但这种结构过于复杂，本机器人在加装左右轮间距调节模块后车身已没有过多的空间，所以本机器人采用差动控制转向，与舵机转向相同的是，后轮是驱动轮，但左、右轮使用独立的电机驱动，前轮为自由轮，转向通过控制左右驱动轮速度的方式实现。大大提高了机器人的可操作性和稳定性，以及减轻了机器人的重量。

图2为本实用新型基于嵌入式左右轮间距可自适应调节移动机器人的语音控制器结构框图，语音控制器主要由控制器、语音识别模块、WIFI模块和供电电路组成。其中单片机处理语音识别信息和执行命令，语音识别模块识别语音信号，无线发射模块发送不同的无线编码，供电电路提供3.3V和5V两种不同的电源。

图3为本实用新型基于嵌入式左右轮间距可自适应调节移动机器人的左右轮间距调节系统的流程框图，主要由控制器、避障模块、左右轮间距调节模块组成。其中单片机处理避障模块发来的信息，在发送给左右轮间距调节模块，四个独立的直流电动液压伸缩杆开始工作伸缩到相应的距离。供电电路提供5V和24V两种不同的电源。

图4为本实用新型基于嵌入式左右轮间距可自适应调节移动机器人的步进电机控制流程框图,步进电机控制由定时器与外部中断初始化、外部中断读码部分、产生并调节PWM波部分和无线接收编码处理部分组成。其中外部中断码程序可以读取无线编码，一般无线编码分起始码和32位数据码，为方便通信，语音模块和触摸屏遥控器发射的无线编码自行编写，用不同长度的起始码来区分，有8位数据。NEC编码通过数据码和数据反码判断读码是否正确，语音模块的无线编码通过连发2次判断当前码和前一次码是否相同来校验无线编码是否正确。无线接收部分的PWM波由单片机定时器模拟，以10％的梯度增加或减少。上电后首先初始化定时器、外部中断等相关参数，然后等待无线信号。当有无线信号进入时，外部中断读取码，若读取到无线编码错误则返回并重新等待无线信号，若读取到无线编码正确则判断无线编码中的数据码。若判断数据码为0x45，则单片机管脚输出0％占空比的 PWM波，实现停止机器人的功能；若判断数据码为0x46，则单片机管脚输出50％占空比的 PWM波，实现开启机器人的功能；若判断数据码为0x40，则减少10％的占空比并在单片机管脚上输出，实现减速功能；若判断数据码为0x43，则增加10％的占空比并在单片机管脚上输出，实现加速功能。

最后需要说明的是本实用新型的上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。