[發明專利]一種集群機器人及其控制系統

在審

• 申請號: 202210472323.5
• 申請日: 2022-04-29
• 公開（公告）號: CN114935901A
• 公開（公告）日: 2022-08-23
• 發明（設計）人: 蔡月日;陳治吉
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G05B19/042
• 分類號: G05B19/042
• 代理公司: 北京永創新實專利事務所 11121
• 代理人: 周長琪

本發明提供了一種集群機器人及其控制系統，屬于機器人技術領域。本發明的集群機器人，采用差速驅動結構，在底盤下方左右安裝直流電機與驅動輪，驅動輪旋轉軸與機器人中線重合，前后安裝萬向輪；頂蓋上安裝有狀態指示燈和電源開關；頂蓋內安裝控制電路板?？刂齐娐钒迳习惭b有陀螺儀和距離傳感器。本發明的控制系統包括主控制器及電源模塊、電機驅動模塊、傳感器模塊、狀態顯示模塊和遠程通訊模塊。電機驅動模塊接收主控制器的信號，調節直流電機的驅動電壓，控制電機轉動或換向。本發明的機器人能夠實現零轉彎半徑，靈活性好，控制系統集成度高，具有更強的運動、傳感和無線通信能力，并方便集群控制算法的移植，有助于進行集群實驗。

技術領域

本發明屬于機器人技術領域，具體涉及一種集群機器人及其控制系統。

背景技術

電子信息技術、自動控制技術、傳感器技術的不斷發展推動了機器人在工業制造、軍事行動、醫療和生活服務等領域的廣泛應用。為了執行更復雜的任務和適應不確定的環境，機器人的結構和功能要求越來越復雜，其故障率、制造及維修成本也隨之增高，單個機器人逐漸不能滿足復雜任務的需求。相較于單個機器人，集群機器人能夠通過集群內多個機器人的簡單交互，協作完成復雜任務，具有功能簡單、成本低、冗余性、可擴展性、高魯棒性等優點。

目前，研究人員針對空中、水面、地面等不同類型的集群提出了許多集群控制方法。但是，由于集群機器人數量較多，相應的試驗成本和風險較大，大多數研究僅停留在理論研究和仿真驗證階段。

發明內容

為了降低集群試驗的成本和風險，本發明針對集群實驗，提供了一種集群機器人及其控制系統，本發明提供的機器人采用差速驅動結構，兩個驅動輪旋轉軸與機器人中線(即機器人底盤中線)重合，前后各有一個支撐輪(萬向輪)，能夠實現零轉彎半徑，靈活性好；機器人控制系統集成度高，采用嵌入式實時操作系統，支持多任務處理，系統響應速度快；集群機器人中程序采用模塊化設計，方便集群控制算法的移植，有助于進行集群實驗。

本發明提供的一種集群機器人，包括：頂蓋、機身、底盤、兩個萬向輪、兩個驅動輪、控制電路板、兩個直流電機、兩個U型電機支架、電池固定架、電源開關以及三個狀態指示燈。其中，左右兩個直流電機分別通過一個U型電機支架安裝在底盤下方，兩直流電機的D型輸出軸分別與一個驅動輪連接；兩個驅動輪旋轉軸與機器人中線重合；前后兩個萬向輪分別通過螺絲固定在底盤下方；萬向輪與驅動輪同時觸地，且底盤保持水平。在底盤上方固定有四個電池固定架，四個電池固定架形成一個凹槽，用于放置鋰電池。

機身通過螺栓與底盤固定連接，通過卡槽與頂蓋固定連接。三個狀態指示燈和電源開關均安裝在頂蓋上；其中一個狀態指示燈為電源指示燈，另外兩個狀態指示燈的狀態進行組合，表示機器人的四種運行狀態。頂蓋四周開有8個間距為45度的通孔。

控制電路板通過螺絲固定在頂蓋內部，通過導線與兩個直流電機、三個狀態指示燈、鋰電池以及電源開關相連；控制電路板的四周布置有8個間距為45度的距離傳感器，距離傳感器與頂蓋四周的通孔相對。

所述的控制電路板，包括主控制器、輸入/輸出排針、串行調試SWD接口、Micro-B接口、陀螺儀、遠程通信芯片、距離傳感器、直流電機驅動器、直流電機接口以及電源接口。主控制器采用STM32F1單片機，通過串口與陀螺儀、遠程通信芯片、Micro-B接口進行數據傳輸；控制電路板四周布置的距離傳感器通過集成電路總線與主控制器進行通信；輸入/輸出排針連接主控制器的串口、電源接口，控制三個狀態指示燈的亮滅；直流電機驅動器的輸入為主控制器的脈沖寬度調制PWM信號，輸出為電機的供電電壓，對兩個直流電機進行調速和換向；直流電機接口通過標準6P連接線與電機相連，傳輸驅動電壓和編碼器信號；電源接口與鋰電池及電源開關相連，是整個控制電路板的電源輸入接口。