一种全向智能小车的制作方法

本发明涉及智能设备技术领域，更具体地，涉及一种全向智能小车。

背景技术：

机器人的用途已经渗入到社会生活的方方面面，例如在工业生产中，机器人可以代替人类完成恶劣环境下的货物搬运以及设备检测等任务。另外，智能小车自主行驶功能的相关研究将有助于智能车辆领域的研究。智能车辆自主驾驶任务的完成将给人类社会的进步带来巨大的影响，例如能切实提高道路网络的实际利用率、降低车辆的燃油消耗量，尤其是在改进道路交通安全等方面提供了新的解决途径。目前，智能小车基本为单层结构，且底板一般为钢板，导致小车重量大，而且现有小车还不能完全实现全向移动。另外，某些小车并没有涵盖避障功能和通信模块，在复杂或者未知环境下，无法进行合理避障，也无法通过人工实时远程遥控小车。因此智能小车的研究在理论和现实应用中都具有重要的价值。

技术实现要素：

本发明为克服上述现有技术所述的至少一种缺陷，提供一种全向智能小车，采用新型的三层结构，每层底板采取abs塑料材质，极大减轻车身重量。同时，该智能小车涵盖了避障模块和通信模块，配合全向轮，使小车能够实现灵活的转向，在复杂环境下灵活避障，必要情况下还可以通过人工操控，进行远程作业。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种全向智能小车，包括车体和驱动轮，所述车体为三层结构，分为底层、二层和顶层，所述底层为正多边形结构；所述驱动轮设于底层且按圆周方向均匀分布，相邻驱动轮所在轴线的角度相等。本智能小车底层按圆周方向均匀设置驱动轮，可在狭小的空间内实现全方位的运动，适用更多复杂的工作环境。

进一步地，所述车体底层、二层、顶层均设有起承载作用的底板，所述底板的材质为abs。采用abs材质的底板，可以有效减小小车的重量。

进一步地，所述底层、二层、顶层的面积逐层递减。

进一步地，所述底层与二层之间还设有用于提高车体高度的抬升架。为了扩大小车测量的视野，采用抬升架提高小车二层、顶层高度，方便测量设备更好做检测。

进一步地，所述车体设有微控制器、电机组件、障碍检测元件和电源，所述电源、电机组件、障碍检测元件、电源均与微控制器电连接且受微控制器控制。微控制器主要设置于车体的二层或顶层，对电机组件、障碍检测元件、电源进行统一控制。

进一步地，所述电机组件设于车体底层，分别与各驱动轮相接，并呈放射状排列。电机组件具体有驱动电机、电机驱动芯片和电机架，电机驱动芯片与微控制器连接，主要用于启动和控制驱动电机。驱动电机安装在电机架中，并与底层的驱动轮连接，各驱动电机一端集中固定在底层中心位置，向按圆周方向呈放射状排列连接。

进一步地，所述障碍检测元件包括超声波传感器、激光测距传感器和激光雷达，障碍检测元件设于车体二层或顶层。超声波传感器、激光测距传感器和激光雷达主要用于小车在行驶时探测周围环境，将相关信号传输至微控制器，微控制器从而及时控制驱动轮进行转动来避障。

进一步地，还包括通信元件和用于远程控制的上位机，两者之间双向信号连接，所述通信元件设于车体并与微控制器连接。通信元件主要用于与上位机进行通信连接，可以通过操作上位机，传输相关控制信号至车体的微控制器，从而对车体进行实时控制。

进一步地，还包括用于监测路况的摄像头，摄像头设于车体顶层，并与微控制器电连接。摄像头主要用于采集实际环境景象信息，并将该信息传输至微控制器，再由微控制器通过通信元件传输至上位机，方便操作人员观察实际环境情况，采取进一步的控制工作。

进一步地，所述驱动轮为全向轮。全向轮可以像一个正常的车轮或使用滚轮的辊侧向滚动，能够在许多不同的方向移动，左右车轮的小光盘将全力推出，但也将极大的方便横向滑动。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明提供了一种全向智能小车，采用三层结构，每层底板采取abs塑料材质，底层按圆周方向均匀设置全向轮，极大减轻车身重量，较好地适应路面，可在狭小的空间内实现全方位的运动，在复杂环境下灵活避障。同时，该智能小车涵盖了避障功能和通讯功能，自动躲避路面障碍。在必要情况下，利用摄像头采集路面景象，操作人员通过上位机，向微控制器传输控制信号，实时对智能小车进行远程操控。

例如，在工农业方面，本发明可以作为检测平台，省工省力，操作灵活，360度转弯，爬坡能力强，用途广泛，广泛适用于大各种大棚、温室内产品的状态检测，同时监测蔬菜购销点箱筐的搬运情况、仓库车间的货物搬运、养殖场饲料的搬运、田园的货物搬运等方面，统筹从种植到销售整个流程。在军事方面，以作为一个移动平台并搭载设备，人工远程控制执行各种探测任务，减少人员伤亡和排除危险情况。

附图说明

图1是本发明整体主视图。

图2是本发明整体立体图。

图3是本发明连接关系图。

图4是电机控制电路图。

其中，1驱动轮，2底层，3二层，4顶层，5抬升架，6微控制器，7电机组件，8障碍检测元件，9电源，10通信元件，11上位机，12摄像头，13激光测距传感器，14激光雷达。

具体实施方式

附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。附图中描述位置关系仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。

本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”“长”“短”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

下面通过具体实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的具体描述：

实施例1

如图1所示，本实施例提供了全向智能小车，包括车体和驱动轮1，车体为三层结构，分为底层2、二层3和顶层4，底层2、二层3、顶层4的面积逐层递减，而且每层都设有abs材质的底板，有效减小车体的重量。本实施的底层2为正三角形结构，三个驱动轮1设于底层2，按圆周方向均匀分布，位于三角形结构的三个顶角位置，相邻驱动轮1所在轴线的角度均为120度。另外，底层2与二层3之间设有用于提高车体高度的抬升架5，方便测量设备更好做检测。另外，驱动轮1采用全向轮，该结构在运动过程中，具有很好的适应性，稳定、灵敏的特点，可以实现任意方向的运动，具备极强的灵活性。

同时，车体设有微控制器6、电机组件7、障碍检测元件8、电源9、摄像头12和通信元件10，电源9、电机组件7、障碍检测元件8、电源9、摄像头12、通信元件10均与微控制器6电连接且受微控制器6控制。障碍检测元件8在小车运动过程中对障碍物进行检测，然后传送相应信号微控制器6处理，具体包括超声波传感器、激光测距传感器13和激光雷达14，超声波传感器和激光测距传感器13设于车体二层3，按圆周方向均匀排布；激光雷达14则设于车体顶层4，面向车体前进的方向。另外，摄像头12也设于车体顶层4，与激光雷达14的方向一致。

其中，微控制器6通过通信元件10连接有pc上位机11，上位机11与通信元件10之间双向信号连接，通过操控上位机11可远程控制车体运作。具体为，微控制器6作为控制系统的核心，主要进行各种信息采集、数据处理，协调系统中各功能模块完成预定的任务。本实施例微控制器6的型号为stm32f103c8，通信元件10则为nrf401系列芯片的ptr2000，主控制器stm32f103的通用同步异步收发器usart单元提供3个独立的异步串行通信接口，皆可工作于中断和dma方式。它支持同步单工、双工通信和半双工单线通信，也支持l1n(localinterconnectionnetwork)、智能卡协议和irda(红外)slrendec规范，以及调制解调器(cts/rts)操作，另外还允许多处理器通讯。ptr2000通信元件10可利用串口进行数据传输，所以可以利用其作为微控制器6单片机和pc上位机11之间数据传输的装置。在本小车的应用中，采用ptr2000作为控制系统的通信元件10，主要是进行信息的接收，即运行指令的接收，其优势是它采用串口进行数据传输，无线传输时所需功耗较小，它的外围元件仅10个左右，采用ssop20封装，仅20引脚，管脚和体积非常小。

电源9为智能小车所有部件提供动力来源，为保障小车正常供电，需要供给微控制器6的电源为+3.3v，而电机驱动芯片293d所需电源为+5v，电机驱动所需电源为+12v，故选择+12v为本实施例的电源9，+5v、+3.3v都可在电路中添加电源转换芯片得到。选用12v4500mah的锂电池串联作为智能小车的供电电源9，+12v的电压可以直接由电池组得到，而从+12v转换到+5v，常用的转换芯片为7805。

电机组件7具体有驱动电机、电机驱动芯片lm293n和电机架，分别与各驱动轮1相接并设于车体底层2，呈放射状排列，电机驱动芯片与微控制器6连接，主要用于启动和控制驱动电机。本实施例采用自带减速器的37gb545d直流减速电机作为驱动电机，对比其他智能小车具有较大的转矩，快速的响应能力，电机的负载特性硬，空载力矩大，具有良好的环境适应能力，且运动平稳，噪声小。电机组件7负责三个驱动轮1的独立驱动，主要使用微控制器6内置的pwm输出单元和电机驱动芯片配合，实现三轮的差速控制。直流电机采用开关驱动方式，即使用开关信号使半导体功率器件工作在开启和关闭状态，通过输出脉宽调制pwm电平来控制电动机电枢电压，实现调速功能。如图4所示，k1、k2、k3、k4均为开关，全桥式驱动电路的4只开关管都工作在斩波状态，k1、k2为一组，k3、k4为另一组，两组的状态互补，一组导通则另一组必定关断。当k1、k2导通时，k3、k4关断，电机两端加正向电压，电机实现正转或反转制动；当k3、k4导通时，k1、k2关断，电机两端为反向电压，电机实现反转或正转制动。

人为的给定一个运动位置，本智能小车就会开始避障前行，开始时小车会直接往目标方向前行，当前进的路上出现障碍物的时候，小车的障碍检测元件8会首先检测到障碍物的存在，信号发到微控制器6中，微控制器6从而控制电机组件7及驱动轮1转动，带动车体转向，避开障碍物的方向。在复杂环境情况下，需要对小车进行通信拓展，人工指引小车行进。根据智能小车摄像头12采集到的路面景象，人工通过pc上位机11及通信元件10，向微控制器6的传输控制信号，实时对智能小车进行远程操控。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。