本发明涉及一种机器人运动装置，具体设计一种具备定位与循迹功能的微小型移动机器人运动底盘。
背景技术：
微小型移动机器人通常指单边尺寸小于10cm的机器人系统，具有结构简单、成本低等优点，广泛应用于机器人教学与群体智能研究。然而，受尺寸限制，目前移动微小型机器人的运动底盘通常是由传统的轮子组成，很难在其上集成一些专用的定位与循迹传感器，来提高它运动控制的智能性。
技术实现要素：
本发明要解决的技术问题是提供一种在微小尺寸限制下具备定位与循迹功能的微小型移动机器人运动底盘。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：
一种具有定位与循迹功能的微小型移动机器人运动底盘，包括机械底盘、微控制器、光电定位模块、光电循迹模块、两个差动驱动轮和一个万向牛眼轮；两个差动驱动轮设在机械底盘的两侧，光电定位模块、光电循迹模块和万向牛眼轮分别镶嵌在机械底盘的底面上，并且两个差动驱动轮和万向牛眼轮呈等腰三角形分布；所述机械底盘的顶面上设有两个扩展端口；
所述光电定位模块包括第一电路板、两个光电鼠标传感器和第一电源与信号输入\输出控制端口；两个光电鼠标传感器平行固设在第一电路板上，并且两个光电鼠标传感器的数据端口级联在一起；所述第一电源与信号输入\输出控制端口固设于第一电路板上且位于两个光电鼠标传感器的正中间；所述两个光电鼠标传感器的各端口分别与第一电源与信号输入\输出控制端口的端口对应连接，并且第一电源与信号输入\输出控制端口与一个扩展端口相连接；
所述光电循迹模块包括第二电路板、四个光电接近式传感器和第二电源与信号输入\输出控制端口；所述四个光电接近式传感器等间距平行固设于第二电路板上；所述第二电源与信号输入\输出控制端口固设于第二电路板上且位于四个光电接近式传感器的正中间；所述四个光电接近式传感器的输入输出端口均通过第二电源与信号输入\输出控制端口与另一个扩展端口相连接。
进一步的，所述差动驱动轮包括微型步进电机和轮子；微型步进电机安装在机械底盘顶面上的凹槽中，轮子外侧设有防滑橡胶胶带。
进一步的，所述第一电路板两端各设有一个第一固定通孔；所述第二电路板的两端各设有一个第二固定通孔。
进一步的，所述光电鼠标传感器采用原相科技公司的adns-3530，第一电源与信号输入\输出控制端口为标准10针的fpc扁平电缆插座；两个光电鼠标传感器的数据输出端miso、数据输入端mosi和时钟输入端sclk通过共用spi总线级联在一起并分别与第一电源与信号输入\输出控制端口的miso、mosi和sclk对应连接；两个光电鼠标传感器的片选端cs分别与第一电源与信号输入\输出控制端口的cs1和cs2对应连接；两个光电鼠标传感器的运动控制检测端motion分别与第一电源与信号输入\输出控制端口的motion1和motion2对应连接；两个光电鼠标传感器的供电端vcc、数字地端gnd和模拟地端agnd分别与第一电源与信号输入\输出控制端口的vcc、gnd和agnd对应连接。
进一步的，所述光电接近式传感器的内部集成了光电发射管和光敏接收器；光电发射管通过外围npn型的三极管t11、电阻r12和电阻r13直接驱动，三极管t11的发射极接地、集电极与光电发射管的输入端相连接，电阻r13串连在三极管t11的集电极上，电阻r12串连在三极管t11的基极上，四个三极管t11的基极连接在一起形成一个控制输入端ctrb，四个光敏接收器的输出端分别为out1、out2、out3和out4，这四个输出端out1、out2、out3和out4均通过一个下拉电阻r14接地；光电接近式传感器的供电端vcc、接地端gnd以及所述控制输入端ctrb和四个输出端out1、out2、out3和out4分别连接至第二电源与信号输入\输出控制端口的相应端口上。
进一步的，所述四个光电接近式传感器均采用欧姆龙公司的sfh9201，第二电源与信号输入\输出控制端口采用标准10针的fpc扁平电缆插座。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：
本发明在微小尺寸的限制下，结合现有先进的光电传感技术，紧凑地将光电定位与光电循迹功能集成在微小型移动微机器人运动底盘中，使微小型移动机器人运动底盘同时具备了定位与循迹功能，可大大提高其在不同研究应用中的智能性。光电定位模块采用了集成度和位置精度更高的光电鼠标传感器，使微小型移动微机器人具有定位精度高、不与驱动轮转动误差相关、可以计算机器人滑动误差等优点，可有效提高它在地图构建、群体协作等方面的智能性；光电循迹模块采用了内部集成了光发射器和光敏接收器一体化的光电接近式传感器，可直接将其作为灰度传感器使用，大大降低目前机器人循迹模块的体积。另外，在微小型移动微机器人循迹过程中，可考虑将其光电定位数据和其循迹数据进行融合，提高其循迹的智能性。
附图说明
图1是本发明的整体结构底部图；
图2是本发明的整体结构顶部图；
图3是光电定位模块结构图；
图4是光电定位模块电路原理简图；
图5是光电循迹模块结构图；
图6是光电循迹模块电路原理简图；
图中：1、光电定位模块，2、光电循迹模块，3、差动驱动轮，4、万向牛眼轮，5、机械底盘，6、扩展端口，7、扩展端口，11、光电鼠标传感器，12、光电鼠标传感器，13、第一电源与信号输入\输出控制端口，14、第一固定通孔，15、第一电路板，21、光电接近式传感器，22、第二电源与信号输入\输出控制端口，23、第二固定通孔，24、第二电路板。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1、2所示，本发明公开了一种具有定位与循迹功能的微小型移动机器人运动底盘，包括机械底盘5、微控制器、光电定位模块1、光电循迹模块2、两个差动驱动轮3和一个万向牛眼轮4；两个差动驱动轮3设在机械底盘5的两侧，光电定位模块1、光电循迹模块2和万向牛眼轮4分别镶嵌在机械底盘5的底面上，光电定位模块1设在两差动驱动轮(3)之间，光电循迹模块2设在光电定位模块1与万向牛眼轮4之间，以便可有效地保护光电定位模块1光电循迹模块2不受自然光线干扰，提高它们测量的稳定性；并且两个差动驱动轮3和万向牛眼轮4呈等腰三角形分布；所述机械底盘5的顶面上设有两个扩展端口6、7。所述差动驱动轮3包括微型步进电机31和轮子32；微型步进电机31安装在机械底盘5顶面上的凹槽中，轮子32外侧设有防滑橡胶胶带。
为了便于用户对本发明进行控制和二次开发，配备了通用的微控制器、步进电机驱动器和电源，可安装在机械底盘5的上方凹槽中，电源需分别提供vcc和vdd所需的电压。本实施例单边尺寸为7.5cm，vcc为1.9v-3.3v，vdd为3.3v-3.6v。差动驱动轮3中的微步进电机31采用nmb-mat公司的pg15s-020-ytu4。
如图3所示，所述光电定位模块1包括第一电路板15、两个光电鼠标传感器11、12和第一电源与信号输入\输出控制端口13；两个光电鼠标传感器11、12平行固设在第一电路板15上，并且两个光电鼠标传感器11、12的数据端口级联在一起；所述第一电源与信号输入\输出控制端口13固设于第一电路板15上且位于两个光电鼠标传感器11、12的正中间；所述两个光电鼠标传感器11、12的各端口分别与第一电源与信号输入\输出控制端口13的端口对应连接，并且第一电源与信号输入\输出控制端口13与一个扩展端口6相连接。第一电路板15两端各设有一个第一固定通孔14。
光电定位模块1的整体尺寸：长*宽*高为60mm*21mm*5mm，供电电压为1.9-3.3v。在微小型移动机器人运动过程中，两个光电鼠标传感器11、12的运动控制检测端口motion1和motion2分别输出中端信号，可通过控制两个光电鼠标传感器11、12的片选端口cs1和cs2(低电平有效)和spi总线分别获得两个光电鼠标传感器11、12的位置信息(x1,y1)和(x2,y2)，然后根据两个光电鼠标传感器11、12之间的位置距离将它们的位置信息转化为微小型移动机器人的位置坐标(x,y)和方向角(θ)。
如图4所示，所述光电鼠标传感器11、12采用原相科技公司的adns-3530，第一电源与信号输入\输出控制端口13为标准10针的fpc扁平电缆插座；两个光电鼠标传感器11、12的数据端口(数据输出端miso、数据输入端mosi和时钟输入端sclk)通过共用spi总线级联在一起并分别与第一电源与信号输入\输出控制端口13的miso、mosi和sclk对应连接；两个光电鼠标传感器11、12的片选端cs分别与第一电源与信号输入\输出控制端口13的cs1和cs2对应连接；可分别通过控制两个光电鼠标传感器1的片选端口cs1、cs2对其进行访问。两个光电鼠标传感器11、12的运动控制检测端motion分别与第一电源与信号输入\输出控制端口13的motion1和motion2对应连接；两个光电鼠标传感器11、12的供电端vcc、数字地端gnd和模拟地端agnd分别与第一电源与信号输入\输出控制端口13的vcc、gnd和agnd对应连接。第一电源与信号输入\输出控制端口13的数量为10，包括miso、mosi、sclk、cs1、cs2、motion1、motion2、vcc、gnd和agnd。
如图5所示，所述光电循迹模块2包括第二电路板24、四个光电接近式传感器21和第二电源与信号输入\输出控制端口22；所述四个光电接近式传感器21等间距平行固设于第二电路板24上；所述第二电源与信号输入\输出控制端口22固设于第二电路板24上且位于四个光电接近式传感器21的正中间；所述四个光电接近式传感器21的输入输出端口均通过第二电源与信号输入\输出控制端口22与另一个扩展端口7相连接。所述第二电路板24的两端各设有一个第二固定通孔23。
光电循迹模块2的整体尺寸：长*宽*高为60mm*21mm*3mm，供电电压为1.9v-3.3v。
在微小型移动机器人应用过程中，分别通过光电定位模块1、光电循迹模块2两端的第一定位通孔13和第二定位通孔23，利用定位螺丝将它们固定在移动机器人底盘的底面上，也可通过定位螺丝调节以上两模块离地面的高度，保证其测量的精确性。
如图6所示，每个光电接近式传感器21的内部集成了光电发射管和光敏接收器；可利用通用微控制器对其进行控制，直接作为灰度传感器使用，从而可大大降低循迹模块的体积。光电发射管通过外围npn型的三极管t11、电阻r12和电阻r13直接驱动，三极管t11的发射极接地、集电极与光电发射管的输入端相连接，电阻r13串连在三极管t11的集电极上，电阻r12串连在三极管t11的基极上，三极管t11的发射极接地、集电极与光电发射管的输入端相连接，电阻r13串连在三极管t11的集电极上，电阻r12串连在三极管t11的基极上，四个三极管t11的基极连接在一起形成一个控制输入端ctrb，四个光敏接收器的输出端分别为out1、out2、out3和out4，这四个输出端out1、out2、out3和out4均通过一个下拉电阻r14接地；光电接近式传感器21的供电端vcc、接地端gnd以及所述控制输入端ctrb和四个输出端out1、out2、out3和out4分别连接至第二电源与信号输入\输出控制端口22的相应端口上。所述四个光电接近式传感器21隶属于同一型号，均采用欧姆龙公司的sfh9201，第二电源与信号输入\输出控制端口22采用标准10针的fpc扁平电缆插座，其包括10个端口，分别为vcc、gnd、ctrb、out1、out2、out3、out4、nc1、nc2和nc3，其中，nc1、nc2和nc3为以后扩展用的保留端口。电阻r12-r14的阻值可分别选择10k、75和1k欧姆，三极管11可选择友顺科技公司的9018。当控制输入端ctrb为高电平时，四个光电接近式传感器21工作，它们的输出端out1、out2、out3和out4分别输出与反射光强有关的光电流，并通过下拉接地电阻r14直接转换成模拟输出电压，从而可通过判断输出电压的大小将其作为灰度传感器使用，用于移动微机器人循迹控制。