框架式倒立机器人开发平台的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种框架式倒立机器人开发平台，其包括倒立机器人本体、USB接口转串行接口模块和计算机；所述倒立机器人本体包括框架、电池、控制电路板、两个直流电机和两个轮子；本发明的框架式倒立机器人开发平台将传统开发模式中的几个相互独立的阶段有机的结合了起来，使得倒立机器人的开发过程是一个并行的过程，有效实现了不同阶段的无缝集成。在最初的设计阶段即可在框架式倒立机器人开发平台中进行各种验证，在开发早期减少或消除可能的错误及缺陷，从而达到节省开支，降低物耗的目的。本发明的框架式倒立机器人开发平台自动生成代码，可以产生高效无误的代码，极大地提高了开发效率。
【专利说明】
框架式倒立机器人开发平台
技术领域
[0001]本发明涉及一种机器人开发平台，尤其涉及一种框架式倒立机器人开发平台。
【背景技术】
[0002]按照传统的DSP开发模式进行开发，需要工程师进行仿真、编程、查错及调试，是一个复杂而又长久的过程。当需要更新算法或出现错误时，需重新进行设计和实现。整个过程较为独立，且开发时间长，效率低。而当今市场竞争激烈，产品开发要求在短时间、低成本的前提下完成。快速控制原型技术应运而生。快速控制原型技术将传统开发方式中的各个阶段有机的结合起来，在虚拟、可视的开发平台上进行算法设计、系统仿真，自动代码生成，快速地进行硬件测试，极大地缩短了开发周期，减少代码错误，提高开发效率。
[0003]倒立机器人是一种平衡机器人，是自治移动式机器人家族中重要的一类，是一种典型的多变量非线性系统，常常作为科研实验仪器使用。利用快速控制原型技术来完成倒立机器人平衡控制，在算法设计阶段即可验证算法的正确性，缩短了开发周期，减少或消除代码错误。
【发明内容】
[0004]本发明目的是提供一种框架式倒立机器人开发平台，其使得在开发倒立机器人时，在最初的设计阶段即可在框架式倒立机器人开发平台中进行各种验证，在开发早期减少或消除可能的错误及缺陷，从而达到节省开支，降低物耗的目的。
[0005]本发明解决技术问题采用如下技术方案:一种框架式倒立机器人开发平台，其包括倒立机器人本体、USB接口转串行接口模块和计算机；
[0006]所述倒立机器人本体包括框架、电池、控制电路板、两个直流电机和两个轮子；
[0007]所述框架呈方形，所述两个直流电机均固定于所述框架的底板上，其输出轴分别垂直于所述框架的两个侧板，并位于所述框架的外部；所述两个轮子分别同轴地固定于所述两个直流电机的输出轴上；
[0008]所述电池固定于所述框架内，并位于所述直流电机的上方，所述电池用于向所述直流电机提供电能；
[0009]所述控制电路板也安装于所述框架内，用于对所述倒立机器人本体进行控制；
[0010]所述计算机通过USB接口转串行接口模块连接于所述倒立机器人本体的控制电路板。
[0011]可选的，所述控制电路板上设置有控制器模块、陀螺仪模块和电机驱动模块。
[0012]可选的，所述陀螺仪模块与所述控制器模块信号连接，以将其检测的所述倒立机器人本体的倾角信息发送至所述控制器模块。
[0013]可选的，所述控制器模块通过电机驱动模块分别与两个直流电机连接。
[0014]本发明具有如下有益效果:本发明的框架式倒立机器人开发平台将传统开发模式中的几个相互独立的阶段有机的结合了起来，使得倒立机器人的开发过程是一个并行的过程，有效实现了不同阶段的无缝集成。在最初的设计阶段即可在框架式倒立机器人开发平台中进行各种验证，在开发早期减少或消除可能的错误及缺陷，从而达到节省开支，降低物耗的目的。本发明的框架式倒立机器人开发平台利用MATLAB/S頂ULINK等开发平台建立系统模型，自动生成代码，可以产生高效无误的代码，极大地提高了开发效率。同时，建立的系统模型可以根据各种硬件平台生成相应代码而广泛应用，性价比高、扩展性好、维护方便。
【附图说明】
[0015]图1为本发明的框架式倒立机器人开发平台的结构示意图；
[0016]图2为本发明的倒立机器人本体的结构示意图；
[0017]图3为本发明的倒立机器人本体的控制器模块上的各分立元件的连接关系示意图；
[0018]图中标记示意为:1_倒立机器人本体；11_框架；12_电池；13_直流电机；14_轮子；15_控制器模块；16_陀螺仪模块；17_电机驱动模块；18_供电模块；2-USB接口转串行接口模块；3-计算机。
【具体实施方式】
[0019]下面结合实施例及附图对本发明的技术方案作进一步阐述。
[0020]实施例1
[0021]本实施例提供了一种框架式倒立机器人开发平台，其包括倒立机器人本体1、USB接口转串行接口模块2和计算机3。
[0022]所述倒立机器人本体包括框架11、电池12、两个直流电机13 (带编码器)、两个轮子14和控制电路板。
[0023]所述框架呈方形，所述两个直流电机均固定于所述框架的底板上，并且其输出轴分别垂直于所述框架的两个侧板，并位于所述框架的外部；所述两个轮子分别同轴地固定于所述两个直流电机的输出轴上，以当所述电机转动时，能分别带动固定于电机上的轮子转动。所述直流电机包括编码器，以通过所述编码器准确地知晓所述直流电机的转子(输出轴)的位置，从而可以通过闭环的方式对所述直流电机进行控制，以提高对该直流电机的控制精度。
[0024]所述电池固定于所述框架内，并位于所述直流电机的上方，所述电池可以向所述直流电机提供电能，从而使得所述直流电机转动。
[0025]所述控制电路板也安装于所述框架内，且所述倒立机器人本体的控制系统的分立元件，即控制器模块15、陀螺仪模块16和电机驱动模块17均设置于所述控制电路板上，所述控制器模块、陀螺仪模块和电机驱动模块均为分立的电路板，此时，所述控制器模块、陀螺仪模块和电机驱动模块均通过固定孔安装在车体中央的控制电路板上。
[0026]本实施例中，所述陀螺仪模块与所述控制器模块信号连接，以将其检测的所述倒立机器人本体的倾角信息发送至所述控制器模块，本实施例中，所述陀螺仪模块可以选用型号为MPU6050的陀螺加速度计，所述陀螺加速度计为一个分立的电路板，位于框架的中部右侧，其内部包括处理器和通信接口，所述处理器可以将倒立机器人本体的倾角数据通过所述通信接口发送至控制器模块；本实施例中，所述通信接口为串行通信接口，从而使得所述处理器控制所述串行通信接口将所述MPU6050所获取的倒立机器人本体的倾角参数输出。
[0027]所述控制器模块通过电机驱动模块分别与两个直流电机连接，从而可以通过所述控制器实现对所述直流电机的控制，以在控制直流电机的转矩时，可以保持倒立机器人稳定站立并行走。
[0028]本实施例中，所述控制电路板上还安装有供电模块18，所述供电模块向控制器模块、陀螺仪模块和电机驱动模块提供电源，而且为了接线方便和尽量使重心低，所述电机驱动模块位于控制电路板的下部，供电模块位于所述电机驱动模块的上部，从而使得整体布置靠下，使机器人整体重心降低。整体质量均衡分布。
[0029]本实施例中，所述控制器模块选用TMS320F28069芯片为核心设计控制器。TMS320F28069具有精度高，成本低，功耗小，外设集成度高、数据及程序存储量大和A/D转换更精确快速等优点，从而也使得本实施例的倒立机器人本体具有相同的优点。
[0030]而且，所述电机驱动模块选用Neurons智能PID电机驱动模块，该电机驱动模块自带控制器进行PID运算和梯形图控制，由型号为L298N的芯片来进行直流电机驱动。通过串口发送8字节命令来控制双路电机的正反转速度，同时通过命令来获取编码器速度。
[0031]所述供电模块可以为电压11.lV，2200mAh可充电锂电池供电。
[0032]所述直流电机采用德国冯哈勃2342L012CR型号直流电机，该直流电机包括电机主体和行星减速箱，能够输出较大的扭矩，启动、停止和反向转动均能连续有效的进行，而且具有良好的响应特性，正转和反转时的特性相同，且运行特性稳定，具有良好的抗干扰能力。
[0033]所述计算机中可以装载MATLAB/S頂ULINK 2014a以及CCSv5等软件。MATLAB/S頂ULINK 2014a用于倒立机器人系统模型设计、虚拟仿真和自动代码生成，CCS用于控制器模块的DSP程序下载。MATLAB/SIMULINK 2014a软件是系统模型设计平台，安装附加包后可以进行自动代码生成，得到信息C代码。CCS是控制器模块的DSP的开发程序，能够将程序下载至控制器模块的DSP中。
[0034]本实施例的框架式倒立机器人开发平台具有以下的优点:
[0035](I)传统的机器人使用单片机作为控制器，本发明设计的倒立机器人本体使用DSPTMS320F28069芯片作为主控制器提高了控制精度、降低了成本、减小了功耗同时节省了代码的运行时间加大了存储空间。同时由于TMS320F28069芯片的外设集成较高拓展功能较为容易。
[0036](2)本发明的框架式倒立机器人开发平台将传统开发模式中的几个相互独立的阶段有机的结合了起来，使得倒立机器人的开发过程是一个并行的过程，有效实现了不同阶段的无缝集成。在最初的设计阶段即可在框架式倒立机器人开发平台中进行各种验证，在开发早期减少或消除可能的错误及缺陷，从而达到节省开支，降低物耗的目的。本发明的框架式倒立机器人开发平台利用MATLAB/S頂ULINK等开发平台建立系统模型，自动生成代码，可以产生高效无误的代码，极大地提高了开发效率。同时，建立的系统模型可以根据各种硬件平台生成相应代码而广泛应用，性价比高、扩展性好、维护方便。
[0037](3)倒立机器人本体运行稳定，平衡控制较好，而且方便修改、移植，扩展性好。
[0038]以上实施例的先后顺序仅为便于描述，不代表实施例的优劣。
[0039]最后应说明的是: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。
【主权项】
1.一种框架式倒立机器人开发平台，其特征在于，包括倒立机器人本体、USB接口转串行接口模块和计算机； 所述倒立机器人本体包括框架、电池、控制电路板、两个直流电机和两个轮子； 所述框架呈方形，所述两个直流电机均固定于所述框架的底板上，其输出轴分别垂直于所述框架的两个侧板，并位于所述框架的外部；所述两个轮子分别同轴地固定于所述两个直流电机的输出轴上； 所述电池固定于所述框架内，并位于所述直流电机的上方，所述电池用于向所述直流电机提供电能； 所述控制电路板也安装于所述框架内，用于对所述倒立机器人本体进行控制； 所述计算机通过USB接口转串行接口模块连接于所述倒立机器人本体的控制电路板。2.根据权利要求1所述的框架式倒立机器人开发平台，其特征在于，所述控制电路板上设置有控制器模块、陀螺仪模块和电机驱动模块。3.根据权利要求2所述的框架式倒立机器人开发平台，其特征在于，所述陀螺仪模块与所述控制器模块信号连接，以将其检测的所述倒立机器人本体的倾角信息发送至所述控制器t旲块。4.根据权利要求3所述的框架式倒立机器人开发平台，其特征在于，所述控制器模块通过电机驱动模块分别与两个直流电机连接。
【文档编号】G05B17/02GK105911879SQ201510777321
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2015年11月13日
【发明人】王国胜, 吕强, 张洋, 林辉灿, 马建业
【申请人】中国人民解放军装甲兵工程学院