一種機器人的控制系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種機器人的控制系統(tǒng)，涉及機器人領(lǐng)域，解決現(xiàn)有技術(shù)中，機器人在斜坡上工作的過程中容易跑偏的技術(shù)問題，本實用新型提供一種機器人的控制系統(tǒng)包括主控模塊、行走機構(gòu)和與主控模塊連接用于采集機器人方向信息的方向采集模塊，方向采集模塊包括采集地磁場數(shù)據(jù)的磁場感應(yīng)傳感器，方向采集模塊還包括采集重力加速度數(shù)據(jù)的重力加速度傳感器，主控模塊根據(jù)磁場感應(yīng)傳感器的地磁場數(shù)據(jù)和重力加速度傳感器的重力加速度數(shù)據(jù)獲取機器人方向信息并通過行走機構(gòu)控制機器人穩(wěn)定的直線運動。本實用新型應(yīng)用于對機器人的運動控制。
【專利說明】 一種機器人的控制系統(tǒng)
【【技術(shù)領(lǐng)域】】
[0001]本實用新型涉及機器人領(lǐng)域。
【【背景技術(shù)】】
[0002]草坪是城市綠化的重要組成部分，通過割草機器人，在一定程度上提高了割草效率，降低勞動強度，節(jié)省大量勞動資源，割草機器人自主運動控制的運動路徑一般根據(jù)現(xiàn)場草坪的規(guī)格及形狀而定，通?？刹捎玫挠新菪芜\動路徑控制、輪廓跟蹤形運動路徑控制、無規(guī)則的隨機路徑控制以及平行往復(fù)式運動路徑控制，割草機器人沿多條平行的直線往復(fù)運動割草，平行往復(fù)式運動路徑控制是其中最為理想的機器人高效運動控制方式。現(xiàn)有技術(shù)中的智能割草機通過感應(yīng)地磁場來確定方向，確保機器人直線運動時始終向著一個固定的方向，但是，該方法僅在地面比較平整的情況下才取得較好效果，在地面坡度較大或者不平的情況下，機器人的機身產(chǎn)生傾斜，機器人采集的磁場坐標(biāo)也產(chǎn)生傾斜，因此采集的磁場數(shù)據(jù)與實際的地磁場不同，根據(jù)采集的磁場數(shù)據(jù)計算出的運動方向存在誤差，導(dǎo)致方向判斷錯誤，引起走偏，影響割草的效果。
【實用新型內(nèi)容】
[0003]本實用新型解決的技術(shù)問題是提供一種機器人的控制系統(tǒng)，提高機器人運動軌跡的直線性。
[0004]為解決上述技術(shù)問題，本實用新型采用如下技術(shù)方案:
[0005]一種機器人的控制系統(tǒng)，包括主控模塊、行走機構(gòu)和與主控模塊連接用于采集機器人方向信息的方向采集模塊，所述方向采集模塊包括采集地磁場數(shù)據(jù)的磁場感應(yīng)傳感器，所述方向采集模塊還包括采集重力加速度數(shù)據(jù)的重力加速度傳感器，所述主控模塊根據(jù)磁場感應(yīng)傳感器的地磁場數(shù)據(jù)和重力加速度傳感器的重力加速度數(shù)據(jù)獲取機器人方向信息并通過行走機構(gòu)控制機器人穩(wěn)定的直線運動。
[0006]進一步的，所述控制系統(tǒng)還包括采集機器人工作區(qū)域邊界信息的邊界信息采集模塊，所述主控模塊根據(jù)邊界信息采集模塊的反饋信號控制機器人的平移運動。
[0007]進一步的，所述控制系統(tǒng)還包括用于感應(yīng)障礙物的障礙物感應(yīng)模塊，所述主控模塊根據(jù)障礙物感應(yīng)模塊的反饋信號控制機器人的平移運動。
[0008]進一步的，所述行走機構(gòu)包括行走電機組合及行走電機驅(qū)動模塊。
[0009]進一步的，所述行走電機組合包括左行走電機和右行走電機。
[0010]本實用新型的有益效果:
[0011]本實用新型，通過結(jié)合地磁場感應(yīng)傳感器和重力加速度傳感器，計算出機器人的方向，通過重力加速度傳感器和地磁場感應(yīng)傳感器的結(jié)合，克服了現(xiàn)有機器人只用地磁場數(shù)據(jù)計算方向的方法在非水平面上容易出現(xiàn)較大誤差的缺點，保證了計算方向的準(zhǔn)確性，并可保證運動直線間的平行。實現(xiàn)機器人按平行往復(fù)方式的自主運動，除了在平地外，在坡地、起伏不平的地面下仍能穩(wěn)定機器人的運動方向，消除機身傾斜的干擾，防止運動過程發(fā)生跑偏。
[0012]本實用新型的這些特點和優(yōu)點將會在下面的【具體實施方式】、附圖中詳細(xì)的揭露。【【專利附圖】

【附圖說明】】
[0013]下面結(jié)合附圖對本實用新型做進一步的說明:
[0014]圖1為本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015]圖2為本實用新型的工作流程圖；
[0016]圖3為機器人的行走路線圖；
[0017]圖4為機器人方向信息的坐標(biāo)示意圖。
【【具體實施方式】】
[0018]下面結(jié)合本實用新型實施例的附圖對本實用新型實施例的技術(shù)方案進行解釋和說明，但下述實施例僅僅為本實用新型的優(yōu)選實施例，并非全部。基于實施方式中的實施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動的前提下所獲得其它實施例，都屬于本實用新型的保護范圍。
[0019]參考圖1，一種機器人的控制系統(tǒng)，包括主控模塊1、行走機構(gòu)3和與主控模塊連接信息米集機構(gòu)2,信息米集機構(gòu)2包括用于米集機器人方向信息的方向米集模塊21,方向米集模塊21包括采集地磁場數(shù)據(jù)的磁場感應(yīng)傳感器，方向采集模塊還包括采集重力加速度數(shù)據(jù)的重力加速度傳感器，主控模塊I根據(jù)磁場感應(yīng)傳感器的地磁場數(shù)據(jù)和重力加速度傳感器的重力加速度數(shù)據(jù)獲取機器人方向信息，磁場感應(yīng)傳感器的地磁場數(shù)據(jù)和重力加速度傳感器的重力加速度數(shù)據(jù)可以通過主控模塊計算出方向信息，或者也可以在方向采集模塊中計算得出，主控模塊根據(jù)方向信息通過控制行走機構(gòu)的運動狀態(tài)，使得當(dāng)前運動方向與設(shè)定的直線運動方向一致。
[0020]磁場感應(yīng)傳感器采集地磁場數(shù)據(jù)，重力加速度傳感器采集重力加速度數(shù)據(jù)，當(dāng)前運動方向的計算原理如下:
[0021]參考圖4，Xb、Yb、Zb為描述機器人機身姿態(tài)的相互垂直的三維坐標(biāo)軸，XA、\、Za分別為傳感器感應(yīng)重力加速度的三個坐標(biāo)軸，Xa> Ya> Za分別為重力加速度在這三個軸上的分量(單位為g)，xm、ym、zm分別為傳感器感應(yīng)磁場強度的三個坐標(biāo)軸，xm、Ym、Zm分別為磁場在這三個軸上的分量。設(shè)Yb與水平面的夾角為Roll，Xb與水平面的夾角為Pitch，Xb在水平面投影與地球磁北的夾角為機器人與地磁北極的夾角Heading。假設(shè)傳感器固定在機器人上，XA,M與Xb平行，YA,M與Yb平行，則XA,M、YA,M決定的平面、xb、Yb決定的平面相互平行。假設(shè)機器人處于水平狀態(tài)下，則XA,M、YA,M決定的平面、Xb、Yb決定的平面、水平面三者相互平行，地磁場在Zm坐標(biāo)上的分量Zm為0，加速度在XA、YA上的分量Xa、Ya為0，根據(jù)地磁場在XM、YM上的分量Xm、Ym,可通過公式:Heading = arctan (Ym/Xm)計算出機器人運動方向Heading。機器人在斜坡運動時，機身產(chǎn)生傾斜，因此磁場在Zm的分量Zm不為0，在XM、YM上的分量Xm、Ym與水平的情況不一致，通過公式:Heading = arctan (Ym/Xm)計算出機器人運動方向Heading存在偏差，但通過測得的重力加速度在XA、Ya上的分量Xa、Ya來計算出機器的傾斜角度Pitch和Roll，再結(jié)合地磁場在XM、YM、Zm上的分量Xm、Ym、Zm,通過如下公式，可計算出機器人與地磁北極的夾角Heading:
[0022]Pitch = arcsin (_Xa)
[0023]Roll = arcsin (Ya/ cosPitch)
[0024]X = Xm*cosPitch+Zm*sinPitch
[0025]Y = Xm氺sinroll氺sinPitch+Ymcosroll_Zm氺sinroll氺cosPitch
[0026]Heading = arctan(Y/X)
[0027]直線行走過程中保持Heading不變，從而保證機器人運動的直線性及運動直線間的平行。
[0028]采用的行走機構(gòu)3包括行走電機組合32以及行走電機驅(qū)動模塊31。
[0029]行走電機組合包括左行走電機和右行走電機，通過行走電機驅(qū)動模塊控制左行走電機和右行走電機的動作來控制機器人的運動方向穩(wěn)定在目標(biāo)運動方向上，同時也由左行走電機和右行走電機實現(xiàn)機器人的平移運動。
[0030]控制系統(tǒng)還包括采集機器人工作區(qū)域邊界信息的邊界信息采集模塊22，機器人直線運動達(dá)到工作區(qū)域邊界時，邊界信息采集模塊感應(yīng)邊界狀態(tài)發(fā)出邊界信號，主控模塊根據(jù)邊界信號通過電機驅(qū)動模塊控制行走電機組合的運動狀態(tài)完成機器人的平移運動。
[0031]本實用新型中邊界信息采集模塊22包括感應(yīng)邊界信息的感應(yīng)電路、轉(zhuǎn)換邊界信息的信號處理電路和處理邊界信息的單片機，單片機連接所述主控模塊。
[0032]還可以在信息采集機構(gòu)中設(shè)置記錄行走時間的時鐘模塊、記錄行走行程的行程采集模塊以及用于檢測障礙物的障礙物檢測模塊，障礙物檢測模塊可為觸碰開關(guān)，障礙物檢測模塊感應(yīng)到障礙物時，主控模塊控制機器人平移運動避開障礙物；行程采集模塊可采用霍爾傳感器感應(yīng)行走電機的運動狀態(tài)。
[0033]參考圖2和圖3，采用上述控制系統(tǒng)的機器人的控制方法，包括以下步驟:
[0034]I)直線運動方向設(shè)定:將機器人擺放在工作區(qū)域中并啟動，主控模塊將方向采集模塊獲取的機器人啟動時的方向信息設(shè)定為直線運動方向，直線運動過程中保持運動方向的穩(wěn)定；
[0035]2)平移運動方向設(shè)定:相對直線運動方向的左平移或是右平移設(shè)為機器人的平移方向，平移運動至整個車身出工作區(qū)域的邊界則結(jié)束運動。
[0036]3)直線運動控制:主控模塊根據(jù)磁場感應(yīng)傳感器的地磁場數(shù)據(jù)和重力加速度傳感器的重力加速度數(shù)據(jù)獲取機器人的實際運動方向信息，主控模塊對比實際運動方向信息和設(shè)定的直線運動方向，通過行走電機驅(qū)動模塊控制行走電機組合的運動狀態(tài)使機器人的實際運動方向按設(shè)定的直線運動方向運動完成正向或反向直線運動。直線運動控制過程中，設(shè)定機器人向前運動為正向運動，向后運動為反向運動，在正向運動方向出現(xiàn)右偏時，加快右行走電機速度并減小左行走電機速度，在正向運動方向出現(xiàn)左偏時，加快左行走電機速度并減小右行走電機速度，而反向運動方向出現(xiàn)右偏時，加快左行走電機速度并減小右行走電機速度，反向運動方向出現(xiàn)左偏時加快右行走電機速度并減小左行走電機速度，控制機器人直線運動。
[0037]4)平移運動控制:機器人直線運動到達(dá)工作區(qū)域的邊界時觸發(fā)邊界信息采集模塊，邊界信息采集模塊感應(yīng)邊界狀態(tài)發(fā)出邊界信號，主控模塊根據(jù)邊界信號通過電機驅(qū)動模塊控制行走電機組合的運動狀態(tài)完成機器人的平移運動。當(dāng)機器人正向運動或是反向運動后機身出邊界后，停止當(dāng)前的直線運動，主控模塊通過控制左、右行走電機運動使機器人平移至設(shè)定的距離。
[0038]其中平移運動為不調(diào)頭平移，不調(diào)頭平移可確保相鄰直線運動軌跡間的水平，不調(diào)頭平移具體的操作方法如下:右平移時，先控制左行走電機速度大于右行走電機速度運行移動一定距離，再控制右行走電機速度大于左行走電機速度運動一定距離，交替變化速度完成右平移；左平移時，先控制右行走電機速度大于左行走電機速度運行移動一定距離，再控制左行走電機速度大于右行走電機速度運動一定距離，交替變化速度完成左平移，通過該方式，即使在斜坡上工作，也可準(zhǔn)確的控制方向。
[0039]本實用新型的控制方法并不只限定在割草機器人上使用，也同樣適用于有類似應(yīng)用需求的其它機器人的平行運動控制，如智能吸塵機器人。
[0040]通過上述實施例，本實用新型的目的已經(jīng)被完全有效的達(dá)到了。熟悉該項技術(shù)的人士應(yīng)該明白本實用新型包括但不限于附圖和上面【具體實施方式】中描述的內(nèi)容。任何不偏離本實用新型的功能和結(jié)構(gòu)原理的修改都將包括在權(quán)利要求書的范圍中。
【權(quán)利要求】
1.一種機器人的控制系統(tǒng)，包括主控模塊、行走機構(gòu)和與主控模塊連接用于采集機器人方向信息的方向采集模塊，所述方向采集模塊包括采集地磁場數(shù)據(jù)的磁場感應(yīng)傳感器，其特征在于:所述方向采集模塊還包括采集重力加速度數(shù)據(jù)的重力加速度傳感器，所述主控模塊根據(jù)磁場感應(yīng)傳感器的地磁場數(shù)據(jù)和重力加速度傳感器的重力加速度數(shù)據(jù)獲取機器人方向信息并通過行走機構(gòu)控制機器人穩(wěn)定的直線運動。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種機器人的控制系統(tǒng)，其特征在于:所述控制系統(tǒng)還包括采集機器人工作區(qū)域邊界信息的邊界信息采集模塊，所述主控模塊根據(jù)邊界信息采集模塊的反饋信號控制機器人的平移運動。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種機器人的控制系統(tǒng)，其特征在于:所述控制系統(tǒng)還包括用于感應(yīng)障礙物的障礙物感應(yīng)模塊，所述主控模塊根據(jù)障礙物感應(yīng)模塊的反饋信號控制機器人的平移運動。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種機器人的控制系統(tǒng)，其特征在于:所述行走機構(gòu)包括行走電機組合及行走電機驅(qū)動模塊。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種機器人的控制系統(tǒng)，其特征在于:所述行走電機組合包括左行走電機和右行走電機。
【文檔編號】G05D1/02GK204044623SQ201420336308
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年6月23日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月23日
【發(fā)明者】陳鳳梧 申請人:浙江亞特電器有限公司