[發明專利]基于無線視頻傳輸及PID復合控制的移動機器人系統

在審

• 申請號: 201410420846.0
• 申請日: 2014-08-25
• 公開（公告）號: CN104298235A
• 公開（公告）日: 2015-01-21
• 發明（設計）人: 李傳鋒;舒云星;李龍星;劉慶偉;李蒙;孫澤宇;趙明明
• 申請（專利權）人: 洛陽理工學院
• 主分類號: G05D1/02
• 分類號: G05D1/02;G05B19/042
• 代理公司: 北京方圓嘉禾知識產權代理有限公司 11385
• 代理人: 董芙蓉

技術領域

本發明涉及無線圖像傳輸、視頻跟蹤與目標識別、電機轉速控制以及傳感器檢測等技術，適用于有毒場合、故障檢測、未知區域探測以及窄小空間的環境探測、排障等領域。

背景技術

圖像傳輸已廣泛應用于各個領域，與傳統的有線傳輸相比，無線圖像傳輸無需布線，在安裝監控、節點增加和節點的移動等方面都比較方便。尤其在一些空間狹小、人們到達不了的惡劣環境，更需要一種靈活機動的偵察系統來對周圍的環境偵察并及時反饋，以利于快速判斷、掌握故障所在，直至清除。

本發明著重于圖像無線傳輸系統的搭建和數據傳輸方案以及圖像識別技術的設計，并用移動機器人搭載圖像采集、無線發送設備以及機械手臂，可在一些特殊的場合進行信息的采集、偵察以及處理發揮重要的作用。產品能通過上位機軟件無線遙控移動機器人運動，同時把自身周圍環境的實時視頻圖像、溫濕度等信息發送回上位機軟件顯示，使得相關人員能知道移動機器人所處環境是否會對人們的生命安全造成傷害，由此可大大降低危險環境對人所造成的傷害。

發明內容

本發明為了解決上述技術問題，提供一種無線視頻傳輸的移動機器人系統，本發明體積小巧、靈活方便，可用于不同的應用領域，本發明采用12V的電壓供電，轉換為3.3V、5V、6V，可為不同的芯片提供電壓，安全性能好，并且有效的降低功耗。本發明能對人不易到達的地方進行圖像采集、傳輸、處理與控制，使得監測信息一目了然。

本發明所采用的技術方案是：一種基于無線視頻傳輸及PID復合控制的移動機器人系統，包括STM32和STC系列微處理器，其特征在于：所述的微處理器作為中央處理器，由移動機器人搭載的STM32，通過攝像頭采集圖像信息，并通過WIFI模塊將采集的圖像數據發送出去，由上位機軟件顯示并對視頻數據進行處理實現視頻識別和目標跟蹤。STC89C52主控芯片讀取各種傳感器數據，通過運算得出最終結果，打包經串口發送至系統的核心處理器STM32F103ZET6，最后經無線網發送至上位機軟件顯示。此外，利用超聲波模塊進行避障和光電開關傳感器模塊進行防止移動機器人掉入懸崖之中。

本發明所述的微處理器是STM32F103ZET6和STC89C52嵌入式芯片。

本發明所述的超聲波傳感器位于移動機器人前部與后部用于避障。

本發明所述的光電傳感器位于移動機器人前部與后部，用于防懸崖墜落。

本發明所述的系統圖像采集使用通用的USB接口攝像頭，可直接連接至WIFI模塊，攝像頭數據不經過系統控制器的處理，直接發送至WIFI模塊，經WIFI模塊發送至上位機軟件顯示。

本發明所述的控制算法采用位置式PID和Bang-Bang算法相結合，在剛剛起步以及緊急剎車的時候，控制器采用Bang-Bang算法，直到移動機器人起步后速度偏差在一定的范圍內時，再使用PID調節器來調節移動機器人速度穩定在設定的速度。

本發明所述的控制方法是通過上位機軟件向移動機器人發送控制命令，主控制器和WIFI模塊之間通過串口交互數據，主要包括對移動機器人運動方向的控制和對移動機器人運動速度的控制。

本發明所述的移動機器人的方向控制，是上位機軟件通過WIFI向下位機發送移動機器人方向舵機的角度值，下位機在控制舵機旋轉此角度值，這樣移動機器人的前輪角度便會發生變化，由此便可以控制移動機器人的運動方向。

本發明所述移動機器人的速度控制，利用上位機軟件向下位機發送移動機器人運動速度的設定值。下位機在收到速度設定值之后，將速度設定值送入PID調節器，有PID調節器輸入電機控制PWM占空比，控制直流電機轉速，從而實現對移動機器人的速度控制。

附圖說明

通過參照附圖更詳細地描述本發明的實施例，本發明的以上和其它方面及優點將變得更加清楚，在附圖中：

圖1系統模塊框圖；

圖2機器人系統硬件框圖；

圖3電機驅動電路原理圖；

圖4編碼器與移動機器人機械連接示意圖；

圖5上位機軟件運行界面；

圖6位置式PID程序設計流程圖；

圖7速度控制算法原理框圖；

圖8Bang-Bang算法調控速度效果波形圖；

圖9PID控制器最終調控波形圖。

具體實施方式