[發明專利]基于藍牙技術移動機器人控制裝置

無效

• 申請號: 200710020820.7
• 申請日: 2007-04-06
• 公開（公告）號: CN101053955A
• 公開（公告）日: 2007-10-17
• 發明（設計）人: 紀志成;吳定會;黃學東
• 申請（專利權）人: 江南大學
• 主分類號: B25J9/16
• 分類號: B25J9/16;B25J13/00;G05B19/04;H04B5/00
• 代理公司: 無錫市大為專利商標事務所
• 代理人: 曹祖良

技術領域

本發明屬于一種無線遠程多電機控制裝置，特別是一種移動機器人運動平臺的電機控制裝置。

背景技術

移動機器人是一個由極富挑戰性的高技術密集型復雜大系統，融機械、機器人學、機電一體化、微處理器、數據融合、精密儀器、實時數字信號處理、圖像處理與圖像識別、知識工程與專家系統、決策、軌跡規劃、自組織與自學習理論、多智能體協調以及無線通信等理論和技術于一體，一般可分為四個部分：機器人子系統、通信子系統、視覺子系統和決策子系統。通過視覺子系統采集場地信息并將信息送至決策主機，決策系統根據場地的不同情形做出決策，決策信息由通信子系統傳送給機器人子系統，機器人子系統根據決策主機所給定的各電機速度運動。機器人子系統作為系統的執行機構，整個系統控制性能的優劣都將通過它得以體現，是系統一個很重要的組成部分。

機器人子系統驅動電機的選擇，目前國內外較普遍的采用直流電機，直流伺服電機控制簡單，啟動轉矩大，效率高等特點，但存在需定時維護和更換電刷，使用壽命短、噪聲大的缺點。作為交流伺服電機的無刷直流電機，雖然驅動電路復雜，價格高，但具有結構簡單，重量輕的顯著特點，能滿足機器人快速移動及瞬時大加速度的要求。

機器人子系統CPU的選型直接影響機器人的運動性能，其選型至關重要。目前國內外移動機器人選用的CPU主要有：80C196KC、Intel80296、MSP430F149、TMS320LF2407A、TMS320F2812、PC104總線嵌入式板等。CPU檔次從低至高均有，80C196KC、Intel80296、MSP430F149均為MCU系列控制器，價格較便宜，但是其運算速度較慢，采樣、存儲等需要擴展；TMS320LF2407A、TMS320F2812為兩款TI公司的DSP芯片，具有較快的處理速度，其帶有PWM單元、看門狗監視定時器、Flash、AD口、捕獲口、串行通信等等功能單元，非常適用于電機控制，不過價格相對較高；PC104總線嵌入式板為筆記本元件，具有X86處理器特性，運行速度非常快，可以彌補缺少硬件PWM單元等帶來的困擾，但是其價格不菲。因此選用DSP芯片作為機器人CPU比較合適，但是TMS320LF2407A如果要用來驅動四個無刷直流電機，需24路PWM信號，而該芯片本身資源不夠，目前普遍采用雙TMS320LF2407A控制，這樣無形增加了成本；采用TMS320F2812芯片，雖然加上可混用的PWM口，夠所需數，但是其他將減少其他功能所要用的資源，仍需擴展芯片，且其價格較高。

機器人子系統與決策主機的通信也是相當重要的，任何信息的傳送錯誤或干擾將影響機器人的控制效果。目前采用的實現方式主要為紅外信號和無線電信號的方式。構筑無線通訊的物理平臺可以采用紅外收發器件，或者無線收發器件，也可以采用PCI(或者USB)的紅外網卡或者無線網卡，以及藍牙模塊等多種硬件系統。紅外通信的方法是將數字碼調制在820-950nm的光波段。由于紅外信號不能穿透如墻壁之類的非透明物體，并且一般的無線電噪聲不會干擾光信號，所以安全性強是紅外通信的最大優點。但是，由于自身覆蓋區域的限制，紅外信號不像無線電信號那樣適用于于移動連接。

發明內容

本發明的目的是提供一種基于藍牙技術移動機器人控制裝置，使其快速響應所給定的信號，并盡量提高無線通信的精確度，減少核心控制芯片外圍電路，便于控制器功能的擴展。

為實現這樣的目的，本發明采用DSP+CPLD的控制方式，以DSP(TMS320LF2407A)作為機器人子系統的電機控制主芯片，同時為減少核心控制器的負擔以及彌補其缺失，使用一塊CPLD(EPM7128SLC84)對電機反饋脈沖信號進行鑒相、信號整合以及對DSP所產生的四路PWM信號進行擴展，使核心控制器主要用于高級控制算法的實現。

本發明的控制裝置主要包括電源單元、通信單元、電機驅動單元、核心控制單元、CPLD單元以及姿態檢測單元六個部分。其中電源單元用于提供電源；通信單元用于接收無線傳輸的信號，并把接收到的信息傳送到核心控制單元；電機驅動單元是控制電機電壓給定的開關，其占空比由核心控制器決定；核心控制單元根據接收到的決策子系統的速度給定和當前機器人各電機的速度決定當前的速度給定，生成占空比；CPLD從DSP獲得PWM信號進行擴展，并處理電機的相位鑒定，完成換相控制，將電機反饋的脈沖信號整合后送給核心控制單元，用于檢測速度；姿態檢測單元測定機器人的加速度、角速度供核心控制單元使用，以實現對機器人更為精確的控制。