一种蚯蚓仿生机器人的控制系统及其控制方法与流程

本发明涉及机器人领域，更具体地说涉及一种蚯蚓仿生机器人的控制系统。

背景技术：

传统机器人领域中，绝大多数的机器人都是使用电机设备驱动滚轮进行移动的，导致市面上的机器人体积都较为庞大，机器人无法穿梭在狭小的空间中。

为了解决上述问题，现机器人领域中出现了一种模拟蚯蚓运动原理的蚯蚓仿生机器人，所述蚯蚓仿生机器人具有能够完成伸长和收缩的单元体，模拟蚯蚓的各节肌肉，通过各个单元体的伸缩和与接触介质产生的摩擦力，是蚯蚓仿生机器人前进，而且蚯蚓仿生机器人体积小，能够穿梭与各种狭小的空间中，在一定程度上迎合某些场合的使用需求。

但是现有的蚯蚓仿生机器人的控制系统功能仍不完善，尤其是蚯蚓仿生机器人的检测传感系统，导致现有的蚯蚓仿生机器人难以顺畅地移动。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是：提供一种功能完善的蚯蚓仿生机器人的控制系统及其控制方法。

本发明解决其技术问题的解决方案是：

一种蚯蚓仿生机器人的控制系统，包括机器人本体以及上位机，还包括单片机模块、红外传感器模块、稳压电源模块、摄像头模块、电机驱动模块、运动检测模块、wifi模块、指南针模块以及gps模块；所述机器人本体的前后两端均配置有红外传感器模块以及摄像头模块，所述稳压电源模块为控制系统中各个电路模块供电，所述单片机模块通过wifi模块与上位机通信连接，所述红外传感器模块输出端、摄像头模块输出端、运动检测模块输出端、指南针模块输出端以及gps模块输出端分别与单片机模块输入端相连，所述单片机模块输出端与电机驱动模块输入端相连。

作为上述技术方案的进一步改进，所述单片机模块包括主控芯片以及辅控芯片，所述主控芯片以及辅控芯片通信连接，所述主控芯片通过wifi模块与上位机通信连接，所述摄像头模块输出端、运动检测模块输出端、指南针模块输出端以及gps模块输出端分别与主控芯片输入端相连，所述电机驱动模块输入端与主控芯片输出端相连，所述红外传感器模块输出端与辅控芯片输入端相连。

作为上述技术方案的进一步改进，所述主控芯片型号为stm32，所述辅控芯片型号为80c51。

作为上述技术方案的进一步改进，所述设置在机器人本体前端的红外传感器模块以及设置在机器人本体后端的红外传感器模块均包括3个红外检测传感器，所述红外检测传感器输出端分别与辅控芯片输入端相连，相邻红外检测传感器的红外发射方向成一定角度。

作为上述技术方案的进一步改进，所述摄像头模块包括摄像头以及模数转换器，所述摄像头与模数转换器输入端相连，模数转换器输出端与主控芯片输入端相连。

作为上述技术方案的进一步改进，所述稳压电源模块包括三端稳压器以及供电电池，所述供电电池与三端稳压器输入端相连，所述供电电池输出端以及三端稳压器输出端均作为稳压电源模块的供电端。

作为上述技术方案的进一步改进，所述运动检测模块包括型号为mpu6050的三轴加速度传感器，所述三轴加速度传感器输出端与主控芯片输入端相连。

作为上述技术方案的进一步改进，所述wifi模块包括型号为bl-8782的无线控制芯片，所述无线控制芯片与主控芯片相连。

作为上述技术方案的进一步改进，所述指南针模块包括型号为qmc5883l的磁传感器芯片，所述磁传感器芯片输出端与主控芯片输入端相连。

作为上述技术方案的进一步改进，所述gps模块包括型号为atk-s1216的北斗双模定位芯片，所述北斗双模定位芯片输出端与主控模块输入端相连。

本发明的有益效果是：本发明通过红外传感器模块、摄像头模块、运动检测模块、指南针模块以及gps模块对蚯蚓仿生机器人的运动状况进行实时检测，单片机模块通过上述各种检测传感器所述采集的各种信号计算出最佳的移动路线，以避开附近所有的障碍物，保证蚯蚓仿生机器人移动畅通无阻，本发明所述控制系统传感器功能强大齐全，能检测各种相关信号，保证蚯蚓仿生机器人对移动过程中的各种状况能够作出快速的应变。

本发明同时还公开了上述蚯蚓仿真机器人控制系统的控制方法，包括以下步骤：

步骤a.启动单片机模块以及上位机，通过wifi实现通信连接；

步骤b.启动运动检测模块、指南针模块以及gps模块，对蚯蚓仿生机器人状况进行检测，并将检测结果传输到上位机；

步骤c.选择控制系统控制模式，所述控制模式包括手动模式以及自动模块，当选择手动模式，启动摄像头模块，摄像头模块将拍摄到的实时图像传输到上位机中，由用户实时控制移动路线，当选择自动模式，继续往下执行；

步骤d.启动红外传感器模块，检测蚯蚓仿真机器人的移动路线障碍物状况；

步骤e.判断当前移动路线前方是否存在障碍物，如果是，再判断侧方是否存在障碍物，如果是，控制蚯蚓仿真机器人反向移动；如果侧方不存在障碍物，控制蚯蚓仿真机器人转向移动，如果前方不存在障碍物，控制蚯蚓仿真机器人直线前进。

本发明的有益效果是：本发明通过各种传感器对蚯蚓仿真机器人自身状态以及移动路线状况进行实时检测，判断出最佳的移动路线，保证移动过程畅通无阻。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单说明。显然，所描述的附图只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他设计方案和附图。

图1是本发明控制系统的电路原理框架图；

图2是本发明红外传感器模块的电路图；

图3是本发明稳压电源模块的电路图；

图4是本发明运动检测模块的电路图；

图5是本发明wifi模块的电路图；

图6使本发明控制方法的具体流程图。

具体实施方式

以下将结合实施例和附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整的描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。另外，文中所提到的所有连接关系，并非单指元件直接相接，而是指可根据具体实施情况，通过添加或减少连接元件，来组成更优的电路结构。本发明创造中的各个技术特征，在不互相矛盾冲突的前提下可以交互组合。

参照图1～图6，本发明创造公开了一种蚯蚓仿生机器人的控制系统，包括机器人本体以及上位机，还包括单片机模块、红外传感器模块、稳压电源模块、摄像头模块、电机驱动模块、运动检测模块、wifi模块、指南针模块以及gps模块；所述机器人本体的前后两端均配置有红外传感器模块以及摄像头模块，所述稳压电源模块为控制系统中各个电路模块供电，所述单片机模块通过wifi模块与上位机通信连接，所述红外传感器模块输出端、摄像头模块输出端、运动检测模块输出端、指南针模块输出端以及gps模块输出端分别与单片机模块输入端相连，所述单片机模块输出端与电机驱动模块输入端相连。具体地，相对于传统控制系统，本发明创造通过红外传感器模块、摄像头模块、运动检测模块、指南针模块以及gps模块对蚯蚓仿生机器人的运动状况进行实时检测，单片机模块通过上述各种检测传感器所述采集的各种信号计算出最佳的移动路线，以避开附近所有的障碍物，保证蚯蚓仿生机器人移动畅通无阻，本发明创造所述控制系统传感器功能强大齐全，能检测各种相关信号，保证蚯蚓仿生机器人对移动过程中的各种状况能够作出快速的应变。

进一步作为优选的实施方式，所述单片机模块包括主控芯片以及辅控芯片，所述主控芯片以及辅控芯片通信连接，所述主控芯片通过wifi模块与上位机通信连接，所述摄像头模块输出端、运动检测模块输出端、指南针模块输出端以及gps模块输出端分别与主控芯片输入端相连，所述电机驱动模块输入端与主控芯片输出端相连，所述红外传感器模块输出端与辅控芯片输入端相连。具体地，由于本发明创造需要配置多种检测传感器，而每种检测传感器相对应的处理芯片的计算速度要求也不完全一致，为了保证单片机模块的数据处理响应，本发明创造所述单片机模块配置有一个高速的主控芯片以及一个低速的辅控芯片。

具体地，本发明创造具体实施例中所述主控芯片型号为stm32，所述辅控芯片型号为80c51。

进一步作为优选的实施方式，本发明创造具体实施例中所述设置在机器人本体前端的红外传感器模块以及设置在机器人本体后端的红外传感器模块均包括3个红外检测传感器，所述红外检测传感器输出端分别与辅控芯片输入端相连，相邻红外检测传感器的红外发射方向成一定角度。本发明创造将所述红外传感器模块按照上述方式设置，能够形成一个较大的红外线检测角度，能够检测出蚯蚓仿生机器人的前进和后退方向的障碍物状况，以便单片机模块计算出最佳的移动路线，至于相邻红外检测传感器的红外发射方向的夹角大小，可视实际情况而定，本实施例中所述红外检测传感器型号为hs003。

进一步作为优选的实施方式，本发明创造具体实施方式中所述摄像头模块包括摄像头以及模数转换器，所述摄像头与模数转换器输入端相连，模数转换器输出端与主控芯片输入端相连，所述模数转换器将摄像头所采集的模拟信号转换成数字图像信号，以便于主控芯片处理。

进一步作为优选的实施方式，所述稳压电源模块包括三端稳压器以及供电电池，所述供电电池与三端稳压器输入端相连，所述供电电池输出端以及三端稳压器输出端均作为稳压电源模块的供电端。具体地，由于本发明创造所述控制系统中包含多种电路模块，而每种电路模块有配置有各种功能芯片，实际应用中每种功能芯片所需的工作电压又难以保证一致，因此本发明创造所述稳压电源模块配置有两种供电电压，其中所述供电电池供电电压为5v，所述三端稳压器输出电压为3.3v。

进一步作为优选的实施方式，本发明创造具体实施例中所述运动检测模块包括型号为mpu6050的三轴加速度传感器，所述三轴加速度传感器输出端与主控芯片输入端相连。

进一步作为优选的实施方式，本发明创造具体实施例中所述wifi模块包括型号为bl-8782的无线控制芯片，所述无线控制芯片与主控芯片相连。

进一步作为优选的实施方式，本发明创造具体实施例中所述指南针模块包括型号为qmc5883l的磁传感器芯片，所述磁传感器芯片输出端与主控芯片输入端相连。

进一步作为优选的实施方式，本发明创造具体实施例中所述gps模块包括型号为atk-s1216的北斗双模定位芯片，所述北斗双模定位芯片输出端与主控模块输入端相连。

参照图6，本发明创造同时还公开了上述蚯蚓仿真机器人控制系统的控制方法，包括以下步骤：

步骤a.启动单片机模块以及上位机，通过wifi实现通信连接；

步骤b.启动运动检测模块、指南针模块以及gps模块，对蚯蚓仿生机器人状况进行检测，并将检测结果传输到上位机；

步骤c.选择控制系统控制模式，所述控制模式包括手动模式以及自动模块，当选择手动模式，启动摄像头模块，摄像头模块将拍摄到的实时图像传输到上位机中，由用户实时控制移动路线，当选择自动模式，继续往下执行；

步骤d.启动红外传感器模块，检测蚯蚓仿真机器人的移动路线上障碍物状况；

步骤e.判断当前移动路线前方是否存在障碍物，如果是，再判断侧方是否存在障碍物，如果是，控制蚯蚓仿真机器人反向移动；如果侧方不存在障碍物，控制蚯蚓仿真机器人转向移动，如果前方不存在障碍物，控制蚯蚓仿真机器人直线前进。

本发明通过各种传感器对蚯蚓仿真机器人自身状态以及移动路线状况进行实时检测，判断出最佳的移动路线，保证移动过程畅通无阻。

以上对本发明的较佳实施方式进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出种种的等同变型或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。