一种移动机器人及其控制电路的制作方法

本发明涉及移动机器人技术领域，具体涉及一种移动机器人及其控制电路。

背景技术：

移动机器人的研究始于20世纪60年代斯坦福研究院，现在已是机器人学中的一个重要分支。与位置固定的机器人相比，移动机器人的工作环境具有非结构化和不确定性的特点，因而对机器人的性能提出了更高的要求，不仅要求机器人能完成特定的功能，还需要机器人具有行走功能，对外感知能力以及局部的路径规划能力等。智能移动机器人集人工智能、智能控制、信息处理、图像处理、检测与转换等专业技术为一体，跨计算机、自动控制、机械、电子等多学科，成为当前智能机器人研究的热点之一。

由于移动机器人的工作环境存在更多的不确定性，通常要求移动机器人跟踪一条已经规划好的可行轨迹，即轨迹跟踪问题。这类问题在移动机器人的研究与应用中起着非常重要的作用。直至目前，对于移动机器人轨迹跟踪控制的研究，依然是机器人学领域研究的热点。

目前的移动机器人都不具备较好的避障能力，经常发生与障碍物碰撞的情况，导致移动机器人的应用效果不佳。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服上述技术不足，提供一种移动机器人及其控制电路，解决现有技术中移动机器人的避障能力不佳的技术问题。

为达到上述技术目的，本发明采取了以下技术方案：

第一方面，本发明提供一种移动机器人的控制电路，包括kinect传感器、若干个距离传感器、模数转换电路、若干个h桥驱动电路和主控电路，所述kinect传感器和若干个所述距离传感器均与所述模数转换电路电连接，所述模数转换电路和若干个h桥驱动电路均连接所述主控电路，其中，

所述模数转换电路用于将所述kinect传感器和若干个距离传感器采集的模拟信号转换为数字信号后，输出给所述主控电路；

所述主控电路用于根据若干个所述数字信号输出驱动信号至所述h桥驱动电路；

若干个所述h桥驱动电路与移动机器人的驱动马达一一对应，所述h桥驱动电路用于根据所述主控电路输出的驱动信号控制所述驱动马达动作，以使所述移动机器人进行避障。

优选的，所述的移动机器人的控制电路中，所述模数转换电路包括若干个第一电阻、若干个第一电容、一第二电阻和一模数转换芯片，所述第一电阻和所述第一电容一一对应，所述kinect传感器和若干个所述距离传感器分别通过一第一电阻与所述模数转换芯片的一模拟输入接口以及一第一电容的一端连接，所述第一电容的另一端接地，所述模数转换芯片的clk端、cs端和din端均连接所述主控电路，所述模数转换芯片的dout端连接所述第二电阻的一端，所述第二电阻的另一端连接所述主控电路。

优选的，所述的移动机器人的控制电路中，所述主控电路包括一propeller芯片，所述propeller芯片的p25端连接所述模数转换芯片的cs端，所述propeller芯片的p26端连接所述模数转换芯片的din端和所述第二电阻的另一端，所述propeller芯片的p27端连接所述模数转换芯片的clk端，所述propeller芯片的p19端至p21端、p22端至p24端分别连接一所述h桥驱动电路。

优选的，所述的移动机器人的控制电路中，所述propeller芯片具体用于：根据所述数字信号获取移动机器人的位置信息和速度信息，根据所述位置信息和速度信息判断机器人是否有碰撞风险，如果有，则计算出两个驱动马达的转速差，并根据所述转速差生成驱动信号后，输出至各个所述h桥驱动电路。

优选的，所述的移动机器人的控制电路中，所述h桥驱动电路的数量为两个，两个所述h桥驱动电路分别与左驱动马达和右驱动马达电连接。

优选的，所述的移动机器人的控制电路中，所述h桥驱动电路包括第二电阻、第三电阻、第四电阻和驱动芯片，与左驱动马达连接h桥驱动电路的第二电阻的一端、第三电阻的一端和第四电阻的一端分别连接所述propeller芯片的p19端至p21端，与右驱动马达连接h桥驱动电路的第二电阻的一端、第三电阻的一端和第四电阻的一端分别连接所述propeller芯片的p22端至p24端，所述第二电阻的另一端连接所述驱动芯片的ina端，所述第三电阻的另一端连接所述驱动芯片的pwm端，所述第四电阻的另一端连接所述驱动芯片的inb端，所述h桥驱动电路的outa端和outb端分别与对应的驱动马达连接。

优选的，所述的移动机器人的控制电路还包括电源电路，所述电源电路用于给所述kinect传感器、若干个距离传感器、模数转换电路、若干个h桥驱动电路和主控电路供电。

优选的，所述的移动机器人的控制电路还包括usb转串口电路，所述usb转串口电路用于将外界usb信号转换为串口信号后，输出至所述主控电路。

优选的，所述的移动机器人的控制电路中，所述usb转串口电路包括usb转串口芯片，所述usb转串口芯片的usbdm端和usbdp端均连接usb接口，所述usb转串口芯片的txd端和rxd端均连接所述主控电路。

第二方面，本发明还提供一种移动机器人，包括如上所述的移动机器人的控制电路。

与现有技术相比，本发明提供的移动机器人及其控制电路，在kinect传感器的基础上添加了多个距离传感器，在kinect看不见的情况下帮助检测障碍物，避免发生碰撞。此外，通过主控电路对多个传感器采集的信号进行融合分析，整合kinect传感器的三维视觉、影像和声音处理，以及与移动机器人上的主动轮所带的编码盘结合，使得整个机器人的避障能力更优。

附图说明

图1是本发明提供的移动机器人的控制电路的一较佳实施例的结构框图；

图2是本发明提供的移动机器人的控制电路中，所述模数转换电路的一较佳实施例的原理图；

图3是本发明提供的移动机器人的控制电路中，所述主控电路的一较佳实施例的原理图；

图4是本发明提供的移动机器人的控制电路中，所述h桥驱动电路的一较佳实施例的原理图；

图5是本发明提供的移动机器人的控制电路中，所述12v电源电路的一较佳实施例的原理图；

图6是本发明提供的移动机器人的控制电路中，所述5v电源电路的一较佳实施例的原理图；

图7是本发明提供的移动机器人的控制电路中，所述3.3v电源电路的一较佳实施例的原理图；

图8是本发明提供的移动机器人的控制电路中，所述辅助开关电源电路的一较佳实施例的原理图；

图9是本发明提供的移动机器人的控制电路中，所述usb转串口电路的一较佳实施例的原理图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参阅图1，本发明实施例提供的移动机器人的控制电路，包括kinect传感器1、若干个距离传感器2、模数转换电路3、若干个h桥驱动电路4和主控电路5，所述kinect传感器1和若干个所述距离传感器2均与所述模数转换电路3电连接，所述模数转换电路3和若干个h桥驱动电路4均连接所述主控电路5。

具体的，所述模数转换电路3用于将所述kinect传感器1和若干个距离传感器2采集的模拟信号转换为数字信号后，输出给所述主控电路5，当所述kinect传感器1用于采集视觉信号，可以检测出障碍物，从而避免发生碰撞，若干个距离传感器2用于检测位置信息，具体数量为5个，包括三个红外传感器和两个超声波传感器，在kinect传感器1看不见的情况下，各个所述距离传感器2可以辅助kinect传感器1进行障碍物的检测，从而进一步避免发生碰撞，采集的信号经过所述模数转换电路3进行转换后输出至所述主控电路5中进行处理，从而可以控制机器人进行精准的避障。本发明在运动和视觉上有着优异的性能，利用传感器融合技术，整合kinect传感器的三维视觉、影像和声音处理，以及与移动机器人上的主动轮所带的编码盘结合，更显卓越性能。它还具有良好的扩展性，很容易添加传感器、配件和自定义插件。

所述主控电路5用于根据若干个所述数字信号输出驱动信号至所述h桥驱动电路4。具体来说，所述模数转换电路1对各个传感器采集的信号进行处理后，主控电路5将模数转换电路1输出的各个数字信号进行融合分析处理，然后输出驱动信号至各个所述h桥驱动电路4。

若干个所述h桥驱动电路4与移动机器人的驱动电机一一对应，所述h桥驱动电路4用于根据所述主控电路5输出的驱动信号控制所述驱动电机动作，以使所述移动机器人进行避障。由于所述主控电路5对各个传感器输出的信号已经进行分析处理，故各个所述h桥驱动电路4只需根据所述驱动信号控制各个驱动电机配合进行动作，即可使所述移动机器人进行精准的避障。

本发明在kinect传感器的基础上添加了多个距离传感器，在kinect看不见的情况下帮助检测障碍物，避免发生碰撞。此外，通过对多个传感器采集的信号进行融合分析，整合kinect传感器的三维视觉、影像和声音处理，以及与移动机器人上的主动轮所带的编码盘结合，使得整个机器人的避障能力更优。

在一个实施例中，请参阅图2，所述模数转换电路3包括若干个第一电阻r1、若干个第一电容c1、一第二电阻r2和一模数转换芯片u1，所述第一电阻r1和所述第一电容c1一一对应，所述kinect传感器1和若干个所述距离传感器2分别通过一第一电阻r1与所述模数转换芯片u1的一模拟输入接口以及一第一电容c1的一端连接，所述第一电容c1的另一端接地，所述模数转换芯片u1的clk端、cs端和din端均连接所述主控电路5，所述模数转换芯片u1的dout端连接所述第二电阻r2的一端，所述第二电阻r2的另一端连接所述主控电路5。

具体的，各个传感器采集的信号经过所述第一电阻r1后，输出至所述模数转换芯片u1的模拟输入接口，由所述模数转换芯片u1对各个信号进行模数转换后，经所述模数转换芯片u1的dout端口输出至所述主控电路。所述模数转换芯片u1的din端口用于接收所述主控电路发出的控制信号，以使所述模数转换芯片u1根据控制信号来进行工作。优选的实施例中，所述模数转换芯片u1的型号为mcp3008，性能稳定，处理速度快，当然，在其它的实施例中，所述模数转换芯片u1还可采用其它型号的芯片，本发明对此不作限定。

在一个优选的实施例中，请参阅图3，所述主控电路5包括一propeller芯片u2，所述propeller芯片u2的p25端连接所述模数转换芯片u1的cs端，所述propeller芯片u2的p26端连接所述模数转换芯片u1的din端和所述第二电阻r2的另一端，所述propeller芯片u2的p27端连接所述模数转换芯片u1的clk端，所述propeller芯片u2的p19端至p21端、p22端至p24端分别连接一所述h桥驱动电路4。

具体来说，所述propeller芯片u2采用propellerp8x32a单片机控制板，propeller芯片u2的八个32位内核提供难以置信的力量和灵活性，就有精准的计算能力，可以提供精准的驱动信号，从而实现精准的避障。

优选的，所述propeller芯片u2具体用于：根据所述数字信号获取移动机器人的位置信息和速度信息，根据所述位置信息和速度信息判断机器人是否有碰撞风险，如果有，则计算出两个驱动马达的转速差，并根据所述转速差生成驱动信号后，输出至各个所述h桥驱动电路。

具体来说，移动机器人自带驱动轮和12v高转矩且带位置控制器的驱动马达，两个驱动轮对称安装在车体两侧，12v驱动马达固定安装在车体平台下方，两个驱动轮对称安装在车体前后，控制电路固定安装在车体下层平台中心位置，14.4ah高容量电池固定安装在车体下层平台，五个距离传感器均布在车体下层平台前方，kinect传感器固定安装在车体平台上的金属支架上。所述propeller芯片u2首先按周期使用sensor_combined()函数从各个传感器中获取距离参数，然后解析移动机器人的位置信息和速度信息并保存在control_state结构体中，接着利用para_updata()函数获取机器人当前各项参数后，判断机器人是否有碰撞风险，如果是，则使用ismc函数计算机器人期望转向角，然后采用control函数根据期望转向角计算两个驱动马达的转速差，接着根据转速差生成驱动信号，即可实现避障功能。

在一个实施例中，所述h桥驱动电路4数量为两个，两个所述h桥驱动电路4别与左驱动马达和右驱动马达电连接，控制两个马达的精准动作，从而使两个马达配合实现避障功能。

优选的，请参阅图4，所述h桥驱动电路4包括第二电阻r2、第三电阻r3、第四电阻r4和驱动芯片u3，与左驱动马达连接h桥驱动电路4的第二电阻r2的一端、第三电阻r3的一端和第四电阻r4的一端分别连接所述propeller芯片u2的p19端至p21端，与右驱动马达连接h桥驱动电路4的第二电阻r2的一端、第三电阻r3的一端和第四电阻r4的一端分别连接所述propeller芯片u2的p22端至p24端，所述第二电阻r2的另一端连接所述驱动芯片u3的ina端，所述第三电阻r3的另一端连接所述驱动芯片u3的pwm端，所述第四电阻r4的另一端连接所述驱动芯片u3的inb端，所述h桥驱动电路4的outa端和outb端分别与对应的驱动马达连接。

具体来说，h桥驱动电路4是一个马达控制电路，可以控制马达的正反转，通过开关的开合，将直流电逆变为某个频率或可变频率的交流电，进而驱动交流马达动作。本实施例中，所述驱动芯片u3的型号为vnh2sp30tr-e，驱动能力强，性能稳定，当然，在其它的实施例中，所述驱动芯片u3还可采用其它的型号，本发明对此不做限定。

优选的实施例中，所述控制电路还包括电源电路，所述电源电路用于给所述kinect传感器、若干个距离传感器、模数转换电路、若干个h桥驱动电路和主控电路供电。其中，所述电源电路包括12v电源电路、5v电源电路、3.3v电源电路、三开关辅助电源电路等电路，用于给控制电路中的各个芯片供电，从而给控制电路提供不同的供电选择，而且所述移动机器人还提供双12v输出，容量高达14.4ah的铅酸电池，同时配备一个3a智能电池充电器，完全充满的话，可以使用设备4-7小时(视负载而定)，满足移动机器人的动力需求。如图5至图8所示，其为不同的电源电路的原理图，其具体原理为现有技术，在此不再赘述。

优选的实施例中，请参阅图9，所述控制电路还包括usb转串口电路，所述usb转串口电路用于将外界usb信号转换为串口信号后，输出至所述主控电路。

具体的，所述usb转串口电路包括usb转串口芯片u4，所述usb转串口芯片u4的usbdm端和usbdp端均连接usb接口，所述usb转串口芯片u4的txd端和rxd端均连接所述主控电路5，具体与所述propeller芯片u2的p30端和p31端连接。

具体来说，所述usb转串口芯片u4用于将usb信号转换为串口信号，当外部信号输入时，首先经过所述usb转串口芯片u4的转换，然后输出串口信号至propeller芯片u2，所述propeller芯片u2根据输入的信号以及来调整参数。具体实施时，所述usb转串口芯片u4可采用型号为ft232rl的芯片，当然，在其它的实施例中，所述usb转串口芯片u4还可采用其它型号的芯片，本发明对此不作限定。

基于上述移动机器人的控制电路，本发明还相应的提供一种移动机器人，包括如上述各实施例所述的移动机器人的控制电路。所述移动机器人的控制电路具备的技术效果，所述移动机器人同样具备，故在此不再赘述。

综上所述，本发明提供的移动机器人及其控制电路，在kinect传感器的基础上添加了多个距离传感器，在kinect看不见的情况下帮助检测障碍物，避免发生碰撞。此外，通过对多个传感器采集的信号进行融合分析，整合kinect传感器的三维视觉、影像和声音处理，以及与移动机器人上的主动轮所带的编码盘结合，使得整个机器人的避障能力更优。

以上所述本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所做出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。