一种机器人底盘控制系统的制作方法

本申请涉及机器人领域，尤其涉及一种机器人底盘控制系统。

背景技术：

机器人底盘已广泛应用于生活及工业领域，如商场中用于引导广告交互机器人的智能行走控制，如物流运输中智能仓储移动底盘的作业。目前，使用的机器人底盘控制系统多采用集中式控制，主控系统集中采集处理执行与传感器交互单元数据，并反馈执行指令。但存在以下缺点：集中式控制机器人底盘控制系统对主处理器要求较高并且无可扩展接口，当处理数据量增大，无法临时增加外接处理器。并且主控系统某一处出现问题会导致整个控制系统瘫痪，机器人底盘控制系统的可靠性与稳定性较低。集中式控制机器人底盘控制系统的扩展性与互换性不足，还没有底盘通用设计标识，不同用户对于功能需求不一致，从而使机器人底盘控制系统的设计工作量变得巨大，当用户提出新的功能需求时，整套的控制系统构建方案需要重新设计，产生大量重复性工作。目前的运算处理与多传感器融合技术稳定性较低，控制系统故障风险较高，未充分考虑后期维护人力和时间成本，当底盘控制系统某一处发生故障时需要整套控制系统进行全部更换，造成极大损失。

另外，专利文件(cn207488758u)中提供的底盘控制系统是从电机驱动设计的角度进行兼容适配不同种类电机与闭环传感器，仅是从机器人底盘控制系统中电机驱动角度上做设计优化，而并没有模块化构建机器人底盘控制系统，机器人底盘应用的自由度仍然受限制。

技术实现要素：

本申请的一个目的是提供一种机器人底盘控制系统，解决现有技术中底盘控制系统受限于单一使用场景，功能扩展性不足，不易维护以及没有模块化构建的问题。

根据本申请的一个方面，提供了一种机器人底盘控制系统，该底盘控制系统包括：

主控模块、数据运算模块、传感器采集模块、运动控制模块及电源供电管理模块，其中，

所述主控模块用于控制所述电源供电管理模块的信号，对所述传感器采集模块上报的数据进行运算融合，并下发指令控制所述运动控制模块；

所述数据运算模块用于对所述主控模块中经运算融合后的数据进行处理，并与所述主控模块交互数据；

所述传感器采集模块用于检测多个外部传感器以对获取到的多个检测数据进行融合，将融合后的数据上报至所述主控模块；

所述运动控制模块用于对所述主控模块发送的指令进行解析，并控制电机执行作业；

所述电源供电管理模块用于将电池电源分配给各用电模块，并进行充放电管理与检测。

进一步地，所述外部传感器包括超声传感器、红外测距传感器、磁力传感器、激光雷达传感器、高频rfid传感器、低频rfid传感器及碰撞传感器。

进一步地，所述主控模块包括电源管理单元、处理单元及控制单元；

所述处理单元与所述电源供电管理模块进行通信，所述处理单元用于对所述传感器采集模块上报的数据进行融合处理，并将融合处理后的数据上报至所述控制单元；

所述电源管理单元为所述处理单元供电并对所述主控模块中各单元进行供电分配；

所述控制单元用于对接收到的数据进行运算处理，并通过usb及以太网上报至所述数据运算模块。

进一步地，所述控制单元包括可拆卸的快闪存储器，用于记录底层数据的日志信息。

进一步地，所述数据运算模块通过所述主控模块进行供电，并对所述主控模块上报的数据进行运算处理，根据运算处理后的数据确定执行指令，将所述执行指令下发至所述主控模块用于控制所述机器人。

进一步地，所述底盘控制系统包括三路电机驱动模块，各路电机驱动模块控制位于同一电路的电机的执行，各路电机驱动模块均与所述运动控制模块连接。

进一步地，所述运动控制模块与所述电源供电管理模块连接。

进一步地，所述运动控制模块用于通过信号口接口与所述主控模块进行通信，以获取所述主控模块下发的运动控制指令。

进一步地，所述运动控制模块用于将所述运动控制指令进行解析，以将解析后的数据分配至对应的各路电机驱动模块中。

进一步地，所述电源供电管理模块包括三路供电单元、二路充电单元及红外通信单元，所述三路供电单元用于为所述主控模块供电。

进一步地，所述二路充电单元包括电源应急充电单元和自动充电单元。

进一步地，所述红外通信单元用于所述底盘控制系统与外部设备的通信以使所述自动充电单元执行自动充电。

与现有技术相比，本申请所述的底盘控制系统包括：主控模块、数据运算模块、传感器采集模块、运动控制模块及电源供电管理模块，其中，所述主控模块用于控制所述电源供电管理模块的信号，对所述传感器采集模块上报的数据进行运算融合，并下发指令控制所述运动控制模块；所述数据运算模块用于对所述主控模块中经运算融合后的数据进行处理，并与所述主控模块交互数据；所述传感器采集模块用于检测多个外部传感器以对获取到的多个检测数据进行融合，将融合后的数据上报至所述主控模块；所述运动控制模块用于对所述主控模块发送的指令进行解析，并控制电机执行作业；所述电源供电管理模块用于将电池电源分配给各用电模块，并进行充放电管理与检测。通过各模块进行分工，避免因任一处出现问题而导致整个控制系统瘫痪，提高了底盘控制系统的可靠性与稳定性；具有很强的扩展适配性，且底盘的体积小适应性强，操作方便且维护成本低。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1示出根据本申请的一个方面提供的一种机器人底盘控制系统的结构示意图；

图2示出本申请一实施例中主控模块的结构示意图；

图3示出本申请一实施例中数据运算模块与主控模块交互的示意图；

图4示出本申请一实施例中运动控制模块的工作示意图；

图5示出本申请一实施例中电源供电管理模块的结构示意图；

图6示出本申请一优选实施例中机器人底盘控制系统的结构示意图。

附图中相同或相似的附图标记代表相同或相似的部件。

具体实施方式

下面结合附图对本申请作进一步详细描述。

图1示出根据本申请的一个方面提供的一种机器人底盘控制系统的结构示意图，该底盘控制系统包括：主控模块1、数据运算模块2、传感器采集模块3、运动控制模块4及电源供电管理模块5，其中，所述主控模块1用于控制所述电源供电管理模块5的信号，对所述传感器采集模块3上报的数据进行运算融合，并下发指令控制所述运动控制模块4；所述数据运算模块2用于对所述主控模块1中经运算融合后的数据进行处理，并与所述主控模块1交互数据；所述传感器采集模块3用于检测多个外部传感器以对获取到的多个检测数据进行融合，将融合后的数据上报至所述主控模块1；所述运动控制模块4用于对所述主控模块1发送的指令进行解析，并控制电机执行作业；所述电源供电管理模块5用于将电池电源分配给各用电模块，并进行充放电管理与检测。在此，主控模块1用于控制电源供电管理模块5的信号以及电源供电管理模块5的数据采集运算和控制。获取传感器采集模块3上报数据进行运算融合，下发指令控制运动控制模块4。数据运算模块2用于对主控模块1融合后的底层数据进行slam算法处理，再下发指令与主控模块1交互数据。传感器采集模块3用于检测外部传感器并进行融合再上报到主控模块1中。运动控制模块4用于获取主控模块1发送的指令进行解析，并控制电机执行作业。电源供电管理模块5用于将电池电源分配给各用电单元，同时具备控制输出、充放电管理与检测，短路保护功能。通过上述模块化的构建底盘控制系统，使得各模块可以对数据做初步的过滤处理，有别于传统的所有数据汇集到同一个主控单元进行总体解析。运动控制模块用于适配多种电机控制器，解决主控与电机之间的接口不匹配问题。电源供电管理模块的体积小并设置于系统维护口位置，以便进行诊断系统状态。

在本申请一实施例中，所述外部传感器包括超声传感器、红外测距传感器、磁力传感器、激光雷达传感器、高频rfid传感器、低频rfid传感器及碰撞传感器。在此，多个外部传感器采集基于声、光、电、磁传感器数据，传感器采集模块3将机器人底盘所需传感器数据集中汇总，支持多路超声波传感器、多路红外测距传感器、磁力传感器、碰撞传感器、激光雷达传感器、高频rfid传感器、低频rfid传感器。通过多传感器融合采集的数据上报至主控模块1，以完成定位建图，实现自主导航。

在本申请一实施例中，所述主控模块1包括电源管理单元11、处理单元12及控制单元13；所述处理单元12与所述电源供电管理模块5进行通信，所述处理单元12用于对所述传感器采集模块3上报的数据进行融合处理，并将融合处理后的数据上报至所述控制单元13；所述电源管理单元11为所述处理单元12供电并对所述主控模块中各单元进行供电分配；所述控制单元13用于对接收到的数据进行运算处理，并通过usb及以太网上报至所述数据运算模块2。在此，如图2所示，电源管理单元11为pmu，处理单元12为微处理单元mcu，控制单元13为核心控制单元。主控模块由pmu、mcu及核心控制单元组成，pmu与电源供电管理模块进行通信，电源供电管理模块对pmu进行供电，pmu同时负责主控模块系统内部供电的分配，从而完成对mcu与核心控制单元的电源控制与监控；mcu负责收集传感器采集模块上报的数据进行融合处理，处理完毕后上报到核心控制单元，同时获取从核心控制单元下发过来的指令信息来控制运动控制模块。核心控制单元负责将底层所有数据进行融合运算处理。

接上述实施例，所述控制单元13包括可拆卸的快闪存储器，用于记录底层数据的日志信息。在此，在核心控制单元中设置可拆卸的flash单元，与传统的只能通过运算处理单元记录日志(log)的方式不同，本申请所述的实施例中通过设置flash单元记录log信息，还可以通过flash单元记录固件层所有硬件外设的状态信息，以便进行后期的诊断。

在本申请一实施例中，所述数据运算模块2通过所述主控模块1进行供电，并对所述主控模块1上报的数据进行运算处理，根据运算处理后的数据确定执行指令，将所述执行指令下发至所述主控模块1用于控制所述机器人。在此，如图3所示，数据运算模块2为更高运算性能的工控机单元，通过主控模块进行供电，通过usb以及以太网进行通信，对主控模块解析融合后的数据进行算法运算处理，并将最终的执行指令下发到主控模块对外实现控制。

在本申请一实施例中，所述底盘控制系统包括三路电机驱动模块6，各路电机驱动模块控制位于同一电路的电机的执行，各路电机驱动模块均与所述运动控制模块连接。所述运动控制模块4与所述电源供电管理模块5连接。所述运动控制模块4用于通过信号口接口与所述主控模块1进行通信，以获取所述主控模块1下发的运动控制指令。所述运动控制模块4用于将所述运动控制指令进行解析，以将解析后的数据分配至对应的各路电机驱动模块中。在此，如图4所示，运动控制模块4连接三路电机驱动器，每路电机驱动器单独控制一路电机执行机构。电源供电管理模块5给予供电，并通过信号接口与主控模块进行通信，获取主控模块下发的运动控制指令，解析后将数据分配到对应的驱动器上，通过驱动器控制电机执行机构运作，比如前进、后退、刹车等。运动控制模块可根据不同协议的驱动器输出不同的协议控制，如rs232，rs485，可灵活适配多种类型驱动系统。

在本申请一实施例中，所述电源供电管理模块5包括三路供电单元51、二路充电单元52及红外通信单元53，所述三路供电单元51用于为所述主控模块1供电。所述二路充电单元52包括电源应急充电单元和自动充电单元。所述红外通信单元53用于所述底盘控制系统与外部设备的通信以使所述自动充电单元执行自动充电。在此，如图5所示，电源供电管理模块包括自动充电单元、应急充电单元、电机供电单元、用户供电单元、红外通信单元，实现电池的3路供电、2路充电以及1路红外通信单元。3路供电为对主控模块供电，主控模块启动后，根据用户开关操作通信信号启动电机供电输出和用户供电输出。2路充电包括电源应急充电与自动充电，红外通信单元用于完成机器人底盘与外部设备的通信，实现自动充电功能。另外，电源供电管理模块还用于为保险丝单元供电以及电源的分配。

在本申请一优选实施例中，如图6所示，机器人底盘控制系统包括主控模块、数据运算模块、传感器采集模块、运动控制模块和电源供电管理模块。主控模块用于控制电源供电管理模块的信号以及电源供电管理模块的数据采集运算和控制，获取传感器采集模块上报数据进行运算融合，下发指令控制运动控制模块。在主控模块中内置黑匣子模块实时(flash单元)实时记录底层log，记录固件层所有硬件外设的状态信息，方便后续的诊断。数据运算模块用于主控模块融合后的底层数据的slam算法处理，再下发指令与主控模块交互数据。传感器采集模块用于检测外部传感器并进行融合再上报至主控模块。运动控制模块用于获取主控模块发来的指令进行解析，并通过3路电机驱动器控制电机执行作业。运动控制模块适配多种电机驱动器，解决了主控与电机之间的接口不匹配问题。电源供电管理模块用于将电池电源分配至各用电单元，同时具备控制输出、充放电管理与检测，短路保护功能，电源供电管理模块设置于系统维护口位置利于诊断系统状态。整个控制系统具有很强扩展适配性且体积小，适应性强，操作方便。控制系统的各模块分工明确，避免因任一模块出现问题而导致整个系统瘫痪，提高了底盘控制系统的可靠性和稳定性。另外，可根据用户需求的不同只需对指定模块进行单独设计，通用性高，极大有利于机器人底盘控制系统方案的推广应用。本申请所述的底盘控制系统的维护成本低，且电源供电管理模块独立的保险丝单元能够对控制系统起到保护作用并且可以自恢复。

显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

对于本领域技术人员而言，显然本申请不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本申请的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本申请。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本申请的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化涵括在本申请内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。此外，显然“包括”一词不排除其他单元或步骤，单数不排除复数。