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移動(dòng)機(jī)器人控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)
DANBACH ROBOT
控制系統(tǒng)硬件主要包含主控板硬件、電機(jī)驅(qū)動(dòng)以及超聲波測(cè)距模塊。
(1)主控板硬件：主控板是移動(dòng)機(jī)器人的硬件控制中心，主要負(fù)責(zé)各模塊管理協(xié)調(diào)和數(shù)據(jù)通信任務(wù)，主控芯片采用TI公司2000控制型DSP。主控板主要負(fù)責(zé)與上位機(jī)的通信，電機(jī)驅(qū)動(dòng)的控制信息可以由上位機(jī)經(jīng)過(guò)主控板傳輸?shù)诫姍C(jī)驅(qū)動(dòng)控制器。同時(shí)主控板檢測(cè)電機(jī)碼盤(pán)提供的正交編碼脈沖信號(hào)用作機(jī)器人的定位。距離檢測(cè)模塊接口主要由主控板負(fù)責(zé)。超聲波測(cè)距模塊由主控板進(jìn)行管理，發(fā)射信號(hào)的產(chǎn)生，接收信號(hào)的檢測(cè)處理和超聲波運(yùn)行時(shí)間的讀取都由主控板控制完成。如果激光測(cè)距傳感器和雙目相機(jī)的接口為RS232串口，那么主控板也可以作為這類距離傳感器的接口芯片，減少上位機(jī)的接口負(fù)荷，優(yōu)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。
(2)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊：移動(dòng)機(jī)器人有四個(gè)定向輪，分別由四個(gè)完全相同的驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)。為保證驅(qū)動(dòng)電機(jī)閉環(huán)調(diào)速的實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確性和運(yùn)行的穩(wěn)定、獨(dú)立性，每個(gè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)將由各自電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制器單獨(dú)驅(qū)動(dòng)。每個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊由個(gè)帶有通信接口的控制器和電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元組成。電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊控制芯片接收控制指令，計(jì)算出驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)行速度和方向，給出驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制電壓，同時(shí)通過(guò)驅(qū)動(dòng)電機(jī)同軸光電碼盤(pán)檢測(cè)電機(jī)運(yùn)行速度，對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)目標(biāo)速度和實(shí)際速度差值進(jìn)行定運(yùn)算，給出驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制電壓值，完成驅(qū)動(dòng)電機(jī)的閉環(huán)調(diào)速。
(3)超聲波測(cè)距模塊：超聲波是種在彈性介質(zhì)中的機(jī)械振蕩，傳播速度僅為光波的百萬(wàn)分之，縱向分辨率較高。超聲波對(duì)色彩、光照度、外界光線和電磁場(chǎng)不敏感，因此超聲波測(cè)距對(duì)于被測(cè)物處于黑暗、有灰塵或煙霧、強(qiáng)電磁干擾、有毒等惡劣的環(huán)境下有定的適應(yīng)能力，在液位測(cè)量、機(jī)器人避障和定位、倒車?yán)走_(dá)、物體識(shí)別等方面有廣泛應(yīng)用。由于超聲波傳播不易受干擾，能量消耗緩慢，在介質(zhì)中傳播的距離較遠(yuǎn)，因而超聲波經(jīng)常用于距離的測(cè)量。超聲波測(cè)距模塊為移動(dòng)機(jī)器人提供障礙物距離信息。使用渡越時(shí)間法測(cè)量距離?？刂破鳟a(chǎn)生方波信號(hào)，經(jīng)過(guò)功率放大到超聲波換能器輸出，輸出超聲波在空氣中以聲速傳播，經(jīng)障礙物反射回來(lái)，由接收超聲波換能器接收。由于超聲波信號(hào)在空氣中衰減，接收換能器輸出的電信號(hào)其微弱，大都為毫伏，并且會(huì)摻雜些噪聲干擾，所以需要對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行放大和濾波。調(diào)理過(guò)的信號(hào)再通過(guò)檢波和整形即可被控制芯片使用。從控制芯片發(fā)射超聲波信號(hào)開(kāi)始到接收檢測(cè)到整形后的信號(hào)即為超聲波的傳輸時(shí)間，從而計(jì)算出障礙物距離。
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