一种喷药机器人底盘结构的制作方法

本发明属于教学用机器人技术领域，具体涉及一种喷药机器人底盘结构。

背景技术：

果园喷药机器人项目是中国服务机器人大赛的一项子项目，比赛规则如下：场地为绿色地毯，周围有20CM高的一体化木质围墙。机器人比赛场地如图1所示，在比赛过程中，机器人从起始区出发，经过A区、B区、C区、D区，自主完成对靶喷药、固定树形喷药，变树形喷药。

A区要求对靶喷药，有3个对靶喷药作业点，在A区的中心线上，有机器人行走引导线。在机器人对靶喷药地点A1、A2、A3，有喷药地点提示线。B区要求对固定树形喷药，树形结构已知。在B区的中心线上，设有机器人行走引导线，在喷药实施地点B2、B3、B4，没有作业地点提示线。

C区树靶形状和B区相同，但两种树形大小分别是B区的90%和80%，机器人经过B5、C1点（B5点后无行进引导线）到达C2点停止，进行喷药，喷药结束后继续前进到C3、C4点进行作业，C4点结束后机器人前进到C5点，此处机器人作业完成，之后沿B1、A4直到A1回到起始区。

根据比赛规则，要想完成比赛任务，必须具备良好的机械结构。但是，目前的实验设备，特别是高等教育的实验设备，针对竞赛环节开发的实验设备比较少，刚开始参加竞赛的学生，概念比较模糊，所以有必要开发相关的喷药机器人，对学生参赛进行引导。

技术实现要素：

为了解决上述存在的技术问题，本发明设计了一种喷药机器人底盘结构，可以实现机器人的基本运动，循线运动，定点停车和平面自主定位等功能。

为了解决上述存在的技术问题，本发明采用了以下方案：

一种喷药机器人底盘结构，包括底盘本体以及对称设置在底盘本体左右两侧的车轮，所述各车轮独立驱动；所述底盘本体的前部设置有主控芯片，所述底盘本体的后部设置有平面定位系统；所述底盘本体前端中部和后端中部对称地设置有前循迹模块和后循迹模块，所述底盘本体的前端左右对称地设置有左循迹模块和右循迹模块，所述底盘本体的左右两侧还对称地设置有喷靶检测模块。

进一步，所述底盘本体是矩形板结构或近似椭圆形的板结构。

进一步，所述底盘本体的材料是铝板。

进一步，所述车轮有四个，分别与相对应的电机的输出轴连接；所述电机通过相对应的电机支架固定在所述底盘本体的下方，所述电机与相对应的电机驱动芯片连接；所述电机驱动芯片有四个，所述各电机驱动芯片的信号控制引脚通过相对应的信号线连接到所述主控芯片对应的引脚上。

进一步，所述电机支架是L形板结构，所述电机支架通过螺钉和所述底盘本体连接，所述电机通过螺钉固定在所述电机支架上。

进一步，所述电机是直流电机。

进一步，所述各循迹模块均包括灰度传感器，所述各灰度传感器的信号输入输出端分别通过信号线连接到所述主控芯片对应的引脚上。

进一步，所述喷靶检测模块由光电开关构成，所述喷靶检测模块的信号控制端通过相对应的信号线连接到所述主控芯片对应的引脚上。

进一步，所述平面定位系统包括电子罗盘和编码器。

工作时，所述主控芯片发送PWM波和高低电平给所述电机驱动芯片进而驱动各电机正转或反转，实现喷药机器人的前进、后退、左转前进、左转后退、右转前进、右转后退和停止等基本动作；所述各循迹模块根据自身检测到的信号，判断机器人相对于行进引导线的位置，进而判断机器人底盘的姿态，并将信号传送给所述主控芯片，所述主控芯片控制所述电机不断矫正，使机器人按程序设计的流程，循着行进引导线行走；所述喷靶检测模块依据其检测到的光电信号，判断喷靶相对于机器人的位置，通过发送信号给所述主控芯片，控制机器人准确停止于喷药点。所述平面定位系统通过电子罗盘和编码器输出底盘的方位和姿态信息引导机器人完成C区（没有引导线）的喷药任务。

该喷药机器人底盘结构具有以下有益效果：

（1）本发明可以在设定的比赛场景，按照比赛规则，自动识别起跑线、停止线和行进引导线，在没有引导线的部分路段，能够实现底盘的自主定位和导航。

（2）本发明成本较低，特别适合教学和竞赛，易于学生上手。

附图说明

图1：本发明中喷药机器人竞赛场地布局示意图；

图2：本发明实施方式中喷药机器人底盘结构的结构示意图；

图3：本发明实施方式中喷药机器人底盘结构的布局示意图；

图4：本发明实施方式中电机支架的主视图；

图5：本发明实施方式中电机支架的俯视图；

图6：本发明实施方式中电机支架的左视图。

附图标记说明：

1—底盘本体；2—车轮；21—左前轮；22—左后轮；23—右前轮；24—右后轮；3—电机；4—电机驱动芯片；5—电机支架；6—主控芯片；71—左循迹模块；72—前循迹模块；73—右循迹模块；74—后循迹模块；8—平面定位系统；9—喷靶检测模块。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明做进一步说明：

图2至图6示出了本发明喷药机器人底盘结构的一种实施方式。图2是本实施方式中喷药机器人底盘结构的结构示意图，图3是本实施方式中喷药机器人底盘结构的布局示意图。

如图2、图3所示，本实施方式中的喷药机器人底盘结构，包括底盘本体1以及对称设置在底盘本体1左右两侧的车轮2，各车轮独立驱动。底盘本体1的前部设置有主控芯片6，底盘本体1的后部设置有平面定位系统8；底盘本体1前端中部和后端中部对称地设置有前循迹模块72和后循迹模块74，底盘本体1的前端左右对称地设置有左循迹模块71和右循迹模块73，底盘本体1的左右两侧还对称地设置有喷靶检测模块9。

底盘本体1是矩形板结构或近似椭圆形的板结构，本实施例中，底盘本体1采用了矩形板结构，但底盘本体1的结构不仅限于此。

本实施例中，底盘本体1的材料是铝板，重量轻，易加工。

如图2、图3所示，车轮2有四个，分别是左前轮21、左后轮22、右前轮23和右后轮24。四个车轮分别与相对应的电机3的输出轴连接；电机3通过相对应的电机支架5固定在底盘本体1的下方，电机3与相对应的电机驱动芯片4连接；电机驱动芯片4有四个，各电机驱动芯片4的信号控制引脚通过相对应的信号线连接到主控芯片6对应的引脚上。

具体地，电机支架5是L形板结构，如图4至图6所示，图4至图6示出了本实施方式中电机支架的三视图。电机支架5通过螺钉和底盘本体1连接，电机3通过螺钉固定在电机支架5上。

具体地，电机3采用直流电机。

机器人行进的时候，每个直流电机3由独立的电机驱动芯片4控制，主控芯片6通过发送逻辑电平给电机驱动芯片4，通过控制电机驱动芯片4的IN1、IN2 和EN引脚的电平，控制各电机3的转速和转向。其中，EN为使能端，电机驱动芯片4的IN1、IN2，是电机转向控制端，分别为1，0时，电机正转，分别为0,1时，电机反转。给EN输入PWM信号，调整PWM的占空比，可以调整电机转速，进而通过控制各电机3的转速和转向，控制整个底盘的运动。当四个电机3都正转时，底盘前进直行；四个电机3都反转时，底盘后退直行；底盘左侧两个电机正转，底盘右侧两个电机反转，底盘右转前进；底盘左侧两个电机反转，底盘右侧两个电机正转，底盘左转前进。

如图2、图3所示，本实施方式中的喷药机器人底盘结构，各循迹模块均包括灰度传感器，各灰度传感器的信号输入输出端分别通过信号线连接到主控芯片6对应的引脚上。本实施例中，前循迹模块72位于底盘本体1的前端中部，后循迹模块74位于底盘本体1的后端中部，前循迹模块72和后循迹模块74均关于底盘本体1的左右中轴线对称设置。

如图2、图3所示，本实施方式中的喷药机器人底盘结构，喷靶检测模块9由光电开关构成，喷靶检测模块9的信号控制端通过相对应的信号线连接到主控芯片6对应的引脚上。

如图2、图3所示，本实施方式中的喷药机器人底盘结构，平面定位系统8包括电子罗盘和编码器。

工作时，如图1示，机器人从喷药起始点出发，依次经过A区、B区、C区。A区有机器人行进引导线和喷药点提示线，机器人在A区沿着行进引导线行进，前循迹模块72和后循迹模块74通过检测引导线相对于自己位置的变化来判断底盘姿态的变化，当车体方位发生变化时，前循迹模块72和后循迹模块74会输出变化的信号给主控芯片6，主控芯片6通过对这些信号分析处理，依照程序所定，判断底盘姿态的变化情况并及时进行调整。当机器人行至喷药点时，右循迹模块73会检测到喷药点提示线，并将检测到的信号传送给主控芯片6，主控芯片6在接收到信号后，依照程序所定，控制机器人停车，开始喷药动作，当完成喷药任务后，主控芯片6会控制机器人继续前行，依次完成A区喷药任务，当机器人行进至A4点时，右循迹模块73将检测到引导线，并将信号传输至主控芯片6，主控芯片6依照程序要求，控制机器人完成第一次右转，之后机器人会继续直行前进，当到达B1点，右循迹模块73将再次检测到引导线，并将信号传输至主控芯片6，主控芯片6会控制机器人完成第二次右转，并进入B区喷药区域。

B区有机器人行进引导线，但没有喷药点提示线，当机器人行至要求的喷药点时，喷靶检测模块9检测到喷靶，输出的信号会由原来未检测到喷靶时的低电平状态变成检测到喷靶的高电平状态，主控芯片6接收到信号后，依照程序所定，控制机器人停车，开始喷药动作，当完成喷药动作后，主控芯片6会控制机器人继续前行，依次完成B区喷药任务，当机器人行进至B5点，前循迹模块72输出的信号会发生变化，并将变化的信号传输至主控芯片6，主控芯片6控制机器人完成第一次左转。

由于从B5点到C1点没有行进引导线，机器人在右转后，由平面定位系统8判断其姿态和位置，平面定位系统8包括编码器和电子罗盘。电子罗盘通过返回机器人的方位角给主控芯片6进而来判断机器人的方位变化，并进行不断调整；编码器通过输出脉冲给主控芯片6，主控芯片6通过计算脉冲数来确定机器人的行进位移，加上机器人的方位信息来确定机器人在比赛场地的位置。平面定位系统8实时传输机器人姿态和位置信息给主控芯片6，当机器人行进至C1点，主控芯片6控制机器人完成第二次左转，并进入C区喷药区域。

C区喷药区域没有机器人行进引导线，但有喷药点提示线，平面定位系统8实时传输机器人姿态和位置信息给主控芯片6。当机器人行进至要求的喷药点，左循迹模块71检测到喷药点提示线，并输出信号给主控芯片6，主控芯片6控制机器人依次完成C区喷药任务。之后机器人沿B1点、A4点直到A1点回到喷药起始点。

本发明，主控芯片发送PWM波和高低电平给电机驱动芯片进而驱动各电机正转或反转，实现喷药机器人的前进、后退、左转前进、左转后退、右转前进、右转后退和停止等基本动作；循迹模块根据自身检测到的信号，判断机器人相对于行进引导线的位置，进而判断机器人底盘的姿态，并将信号传送给主控芯片，主控芯片控制电机不断矫正，使机器人按程序设计的流程，循着行进引导线行走；喷靶检测模块依据其检测到的光电信号，判断喷靶相对于机器人的位置，通过发送信号给主控芯片，控制机器人准确停止于喷药点。平面定位系统通过电子罗盘和编码器输出底盘的方位和姿态信息引导机器人完成C区的喷药任务。本发明可以在设定的比赛场景，按照比赛规则，自动识别起跑线、停止线，和行进引导线，在没有引导线的部分路段，能够实现底盘的自主定位和导航。

本发明成本较低，特别适合教学和竞赛，易于学生上手。

上面结合附图对本发明进行了示例性的描述，显然本发明的实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围内。