CN204856222U - 一种基于物联网技术的全向移动平台控制*** - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种基于物联网技术的全向移动平台控制***，包括全向移动平台、安装于全向移动平台上的电控***、以及与电控***进行远程信息交互的远程控制***，所述远程控制***通过无线路由器与电控***网络连接，所述电控***包括主板以及与主板连接的控制驱动板，所述控制驱动板还外接有步进电机、传感器和GPS接收机。本实用新型可以通过用户客户端远程控制全向移动平台，使其实现原地零半径360度全方位转向，具有控制简单、功耗和成本低等优点，减少了工作空间死角；此外，本实用新型还具有自动避障以及自动定位功能，大大提高了全向移动平台的智能化，不仅能够应用于家庭环境中，还可以应用于工业自动化生产线中。

Description

一种基于物联网技术的全向移动平台控制***

技术领域

本实用新型涉及一种全方位移动平台，具体涉及一种基于物联网技术的全向移动平台控制***。

背景技术

随着科技水平的不断提升，机器人在科学勘探、公众服务、工业制造、家庭娱乐等方面都开始崭露头角，它也将成为未来人类最有力的帮手和最亲密的伙伴。现代电子技术、计算机软硬件技术、人工智能技术、模式识别技术、自动控制技术的飞速发展，以及人类在各种领域中探索的不断深入，加速了机器人技术的发展，也给机器人研制提出了许多新的要求。

目前机器人的移动方式大致有车轮式、履带式、步行式等几种形式。其中，履带式机器人的优点是可以在原地转动，在不平整的路面上性能非常好，十分稳定且牵引很好，缺点是只能慢慢转动，速度和方向不能单独控制且摩擦力很大，能量损耗大，机械结构复杂。步行式机器人也是现在开发研究的热点，他的优点是在粗糙路面性能较好，但不能原地转动，速度慢，控制复杂，移动困难，操纵性差且机械复杂，每一只脚可能需要多个马达。相对而言，车轮式机器人具有更广阔的应用前景，如地面清扫、导游等服务机器人，而且对车轮式移动机器人的深入研究还有望将该方面技术应用到智能运输***中去。

目前，车轮式移动机器人大都采用采用全方位移动平台，中国专利文献中，公开号CN102346482A、名称是一种原地转向的轮式机器人底座机构(参见该申请说明书具体实施方式部分)，公开了一种原地转向的轮式机器人底座机构，该底座机构包括有机架组件、轮系组件、转向和移动组件三个部分，轮系组件安装在机架组件的下方，转向和移动组件用于驱动轮系组件的转向和平移，当载体安装在机架上时，轮系组件的运动由转接件来传递，转接件的驱动力由转向和移动组件中的两个电机、四个同步带以及八个带轮协作实现，因此保证了机架的平稳转向和移动。本发明底座机构的转向由第一步进电机单独驱动完成，底座机构的移动由第二步进电机单独驱动完成，本底座机构只用两个电机既可实现转向和移动功能，又可使两种运动完全解耦，控制简单。但是，该现有技术无法对底座机构的移动和转向进行远程控制，从而不能进行远程人机交互，而且该底座机构也无法实现自定位功能、自动避障功能以及语音识别等功能。

因此，为了解决现有技术中存在的问题，研究一种智能化、网络化、并且能够大规模应用于工业生产中的基于物联网技术的全向移动平台控制***已经成为一项重要任务。

实用新型内容

本实用新型为了解决传统全方位移动平台无法实现远程人机交互、自定位、自动避障的问题，提出了一种基于物联网技术的全向移动平台控制***。

本实用新型的技术方案为：

为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种基于物联网技术的全向移动平台控制***，包括全向移动平台、安装于全向移动平台上的电控***、以及与电控***进行远程信息交互的远程控制***，所述远程控制***通过无线路由器与电控***网络连接，所述电控***包括主板以及与主板连接的控制驱动板，所述控制驱动板外接有步进电机、传感器和GPS接收机。

与现有技术相比，本实用新型采用主板加控制驱动板两层电控结构与远程控制***实现人机交互，并采用特殊的全向移动机构使移动平台实现原地零半径360度全方位转向，以减少工作空间死角；全向移动平台上的电控***不仅要实现运动控制功能，还要实现传感功能，因此，本实用新型采用主板和控制驱动板两层结构，主板主要用来接收用户的指令信息，从而生成全向移动平台的运动指令，并将运动指令通过串口通信传输给控制驱动板；控制驱动板接收到主板的运动指令后，通过计算分解成各个步进电机的目标转角，然后控制各个步进电机同步运动完成全向移动平台的运动任务，此外，电控***中的控制驱动板还会采集各种传感器信息以及GPS接收机接收的信息并进行处理，缓解了主板IO口占用过多的压力，从而实现全向移动平台的自动避障以及自动定位功能，减轻了主板的负担；同时控制驱动板也会将处理后的信息传送给主板，通过主板反馈给用户终端。

所述远程控制***包括客户端以及用于接收客户端指令并存储室内地图的远端服务器；远程控制***中的客户端为计算机、手机或平板电脑，客户端上可以运行客户端软件，用户与全向移动平台的交互主要通过客户端软件完成；远端服务器主要用来完成用户信息维护、接收用户指令并将指令通过无线网络传输至电控***中的主板，此外，远端服务器还用于存储室内地图，以供电控***中的主板调用。

所述客户端采用计算机、手机或平板电脑中的任意一种；客户端上面运行客户端软件，用户与全向移动平台的交互主要通过客户端软件完成，通过计算机、手机或平板电脑客户端软件，用户在任何时刻任何一个客户端上所记录的日程、计划、便笺、记账等信息都可以即时同步到全向移动平台的主板的操作***的数据库内，主板根据记录的信息可向用户提供提醒服务，用户也可以在任何一个客户端上按照某种方式查询所有的信息。

所述主板包括ARM处理器以及与ARM处理器连接的存储模块、蓝牙模块、WiFi模块、红外收发模块和接口模块；主板用于给用户提供信息管理和娱乐服务，为用户提供人机交互接口，同时通过WiFi、蓝牙、红外收发接口与远程用户和室内的网络以及电器设备进行交互。

所述ARM处理器采用TCC8803芯片作为主板的主控芯片，ARM处理器的操作***采用Android2.3***；为了给用户提供与使用计算机相当的使用体验，同时又兼顾低功耗和低成本的要求，主板的主控芯片选择了目前最新的基于ARMCortex-A8内核的高性能ARM处理器-韩国Telechips的TCC8803芯片，该芯片除了使用最新的A8内核外，最大的特点是其高清视频硬件解码能力，并且支持OpenGLESV2.0硬件3D加速，支持OpenVGV1.1硬件2D加速，具有强悍的视频和图形处理能力和丰富的外设接口；使用Android操作***一方面可以轻松处理全向移动平台的底层任务，另一方面可以给用户带来丰富的人机接口和个性化的操作体验，而且可以使用户很容易上手使用，不必花费巨大的投入从零开始培养用户的使用习惯，Android***的开源性和成熟的开发者社区与市场使其具有更好的开放性和可扩张性，同时可以节省大量的开发投入，降低成本。

所述接口模块包括RS232串口、液晶屏接口、摄像头接口、音频接口；主板通过RS232串口与控制驱动板连接。

所述主板通过液晶屏接口和摄像头接口分别外接液晶屏和摄像头，并通过音频接口外接麦克风和喇叭；摄像头用于获取图像信息并将获取的图像信息通过摄像头接口传输至主板的存储模块进行存储，同时也可以通过主板的WiFi模块反馈至远程控制***，从而对移动平台的运动进行控制，麦克风用于获取用户发出的语音指令并通过音频接口传输给ARM处理器进行语音识别，ARM处理器将识别的语音信号可以通过红外收发模块发出相应的控制信号，从而可以控制带红外遥控器的设备，喇叭可通过音频接口对获取的音频信息进行外放，液晶屏用于显示获取的图像信息，从而实现全向移动平台的娱乐功能，此外全向移动平台还具有通过图像或语音识别来运动的能力，借助摄像头实现手势控制的虚拟便笺、虚拟画板、照片旋转缩放等人机交互功能。

所述控制驱动板包括单片机以及与单片机连接的步进电机驱动电路；控制驱动板上的单片机接收到主板传送的指令信息后便会控制步进电机驱动电路驱动步进电机工作，从而有效控制全向移动平台的运动任务。

所述单片机采用STM32F103VBT6芯片作为控制驱动板的控制芯片，所述步进电机驱动电路采用THB7128两相混合式步进电机驱动芯片；由于STM32F103VBT6芯片具有丰富的片上资源和外设、32位的数据处理能力和72MHz的工作频率，从而可以有效的控制全向移动平台的运动任务；THB7128两相混合式步进电机驱动芯片的最高耐压40VDC，最大可提供3.3A的驱动电流，具有1-1/128多种细分可选，自动半流锁定功能，内置温度保护和过流保护电路，价格低廉、简单易用。

本实用新型的技术效果为：

本实用新型提供了一种基于物联网技术的全向移动平台控制***，通过将物联网技术和全向移动平台结合，实现了对移动平台的远程控制，采用特殊的移动机构，使得移动平台可以实现原地零半径360度全方位转向，具有控制简单、功耗和成本低等优点，而且还减少了工作空间死角；此外，本实用新型通过电控***中的控制驱动板采集各种传感器信息，同时控制驱动板也会对各种传感器信息以及GPS接收机接收到的位置信息进行处理，减小了主板的负担，从而实现全向移动平台的自动避障以及自动定位功能，大大提高了全向移动平台的智能化，本实用新型不仅可以应用于家庭环境中对家电设备进行远程监控以及为用户提供娱乐服务功能，还可以应用于工业自动化生产线中，大大提高了生产效率。

附图说明

图1为本实用新型基于物联网技术的全向移动平台控制***结构示意图。

图2为本实用新型主板结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图说明本实用新型的具体实施方式：

实施例1：

如图1-图2所示，本实用新型提供了一种基于物联网技术的全向移动平台控制***，包括全向移动平台、安装于全向移动平台上的电控***、以及与电控***进行远程信息交互的远程控制***，所述远程控制***通过无线路由器与电控***网络连接，所述电控***包括主板以及与主板连接的控制驱动板，所述控制驱动板外接有步进电机、传感器和GPS接收机。远程控制***包括客户端以及用于接收客户端指令并存储室内地图的远端服务器；客户端采用计算机、手机或平板电脑中的任意一种；所述主板包括ARM处理器以及与ARM处理器连接的存储模块、蓝牙模块、WiFi模块、红外收发模块和接口模块，ARM处理器采用TCC8803芯片作为主板的主控芯片，操作***采用Android2.3***，使用Android操作***一方面可以轻松处理全向移动平台的底层任务，另一方面可以给用户带来丰富的人机接口和个性化的操作体验，而且可以使用户很容易上手使用，不必花费巨大的投入从零开始培养用户的使用***台的自定位、自主避障以及环境监测等功能；GPS接收机与单片机相连，用于接收全向移动平台的位置信息并将位置信息传送给单片机，单片机还将处理的数据通过串口总线与主板进行数据传输，从而实现全向移动平台的精确定位；控制驱动板还会将采集或处理后的数据信息通过串口总线传输给主板，最终通过WiFi模块反馈至用户终端。此外，本实用新型采用轮式移动方式，设计了一种新的全向移动平台，所述全向移动平台包括底座以及安装于所述底座下方的全向轮，通过步进电机驱动全向轮的转向和平移，该全向移动平台的转向和移动各由一个步进电机单独驱动，可实现原地零半径360度全方位转向，减少了工作空间的死角，且转向和移动自由度完全解耦，具有控制简单、成本和功耗低、运动轨迹可精确控制等优点。用户通过计算机、手机或平板电脑等客户端发送指令，远端服务器则进行用户信息维护以及向电控***转发用户指令、并帮助电控***和用户客户端建立并维护UDP连接等任务。当全向移动平台工作在家庭环境中，一方面通过Internet网络与远程用户进行交互，根据用户的指令完成全向移动平台的移动功能，另一方面则通过蓝牙、红外、液晶屏接口、音频接口等人机交互接口与家里的人和电器进行交互，并通过各种传感器以及GPS接收机获取家庭内的各种信息，从而实现自动定位以及自动避障功能。摄像头能够实时拍摄当前所处的环境图像信息，并将拍摄的实时图像信息通过主板的WiFi模块反馈给远程控制***，从而对全向移动平台进行远程控制，同时也可以将图像信息存储在主板的存储模块中，液晶屏也可以对获取的图像信息进行实时显示。此外，一些不需要跟用户进行交互的全向移动平台智能控制算法在控制驱动板上完成，GPS接收机用于接收全向移动平台的位置信息并将位置信息传送给控制驱动板中的单片机进行数据处理，控制驱动板再将处理后的全向移动平台的位置信息传送给主板，主板根据存储的室内地图可以规划出一条最优运动路径，在全向移动平台运动过程中通过传感器实时探测路径上是否有临时增加的障碍物，当遇到障碍物时，主板就会利用控制驱动板发来的位置信息以及远端服务器存储的室内地图重新进行路径规划，从而实现全向移动平台的自动避障功能，液晶屏则对全向移动平台的实时位置地图进行显示，主板也可以通过WiFi模块将全向移动平台的位置信息传输至用户客户端，以实现用户的远程监控。本实用新型还具有语音识别功能，当用户发出语音控制指令，通过麦克风获取用户发出的语音指令并通过音频接口传输给ARM处理器进行语音识别，ARM处理器将识别的语音信号可以通过红外收发模块发出相应的控制信号，从而可以控制带红外遥控器的家用设备，喇叭可通过音频接口对获取的音频信息或存储模块中存储的音频信息进行外放，液晶屏用于显示获取的图像信息或存储模块中存储的图像信息，从而实现全向移动平台的娱乐功能，此外全向移动平台还具有通过图像或语音识别来运动的能力，借助摄像头实现手势控制的虚拟便笺、虚拟画板、照片旋转缩放等人机交互功能。

实施例2：

如图1-图2所示，本实用新型提供了一种基于物联网技术的全向移动平台控制***，包括全向移动平台、安装于全向移动平台上的电控***、以及与电控***进行远程信息交互的远程控制***，所述远程控制***通过无线路由器与电控***网络连接，所述电控***包括主板以及与主板连接的控制驱动板，所述控制驱动板外接有步进电机、传感器和GPS接收机。所述主板包括ARM处理器以及与ARM处理器连接的存储模块、蓝牙模块、WiFi模块、红外收发模块和接口模块，接口模块包括RS232串口、液晶屏接口、摄像头接口、音频接口。本实用新型还可以应用于工业生产线中，通过ARM处理器接口模块中的RS232串口分别与生产线中的视觉***和PLC控制***连接，从而实现工业生产中的物料搬运以及分拣工作；视觉***和PLC控制***分别通过RS232串口与ARM处理器进行数据通信；PLC控制***采用FX系列PLC，FX系列PLC通过FX-RS-232-BD与ARM处理器的RS232串口连接并进行数据通信，视觉***采用康耐视2D视觉***与ARM处理器的RS232串口连接并进行数据通信。当全向移动平台工作在工业生产中，自动化生产线中的视觉***发现生产加工的某种物料缺乏了，就会将缺乏物料信息的种类的信息通过以太网TCPIP协议通信传递给PLC控制***，PLC控制***将缺乏种类的物料信息传递给电控***，然后电控***中的ARM处理器根据PLC控制***发送过来的、确定好的通信协议中关于物料种类的数据帧，判断缺乏什么样的物料则通过控制驱动板控制全向移动平台移动到预定算法确定的特定物料传送平台，全向移动平台移动到指定位置后，ARM处理器再通过以太网将已经到达的物料平台编号发送给PLC控制***，PLC控制***则会将全向移动平台到达的指令通过IO串口通信传输至相应编号的物料平台的工业机器人，工业机器人就会将物料搬运给全向移动平台，搬运完毕之后，工业机器人将搬运物料完毕的指令通过IO串口通信传输至PLC控制***，此时PLC控制***再通过电控***控制全向移动平台返回到预定的加工地点，已完成整个物料搬运的过程。本实施例中的其他结构与功能均与实施例1相同。

Claims (9)

1.一种基于物联网技术的全向移动平台控制***，包括全向移动平台、安装于全向移动平台上的电控***、以及与电控***进行远程信息交互的远程控制***，其特征在于：所述远程控制***通过无线路由器与电控***网络连接，所述电控***包括主板以及与主板连接的控制驱动板，所述控制驱动板外接有步进电机、传感器和GPS接收机。

2.如权利要求1所述的基于物联网技术的全向移动平台控制***，其特征在于：所述远程控制***包括客户端以及用于接收客户端指令并存储室内地图的远端服务器。

3.如权利要求2所述的基于物联网技术的全向移动平台控制***，其特征在于：所述客户端采用计算机、手机或平板电脑中的任意一种。

4.如权利要求1所述的基于物联网技术的全向移动平台控制***，其特征在于：所述主板包括ARM处理器以及与ARM处理器连接的存储模块、蓝牙模块、WiFi模块、红外收发模块和接口模块。

5.如权利要求4所述的基于物联网技术的全向移动平台控制***，其特征在于：所述ARM处理器采用TCC8803芯片作为主板的主控芯片，ARM处理器的操作***采用Android2.3***。

6.如权利要求4所述的基于物联网技术的全向移动平台控制***，其特征在于：所述接口模块包括RS232串口、液晶屏接口、摄像头接口、音频接口。

7.如权利要求6所述的基于物联网技术的全向移动平台控制***，其特征在于：所述主板通过液晶屏接口和摄像头接口分别外接液晶屏和摄像头，并通过音频接口外接麦克风和喇叭。

8.如权利要求1所述的基于物联网技术的全向移动平台控制***，其特征在于：所述控制驱动板包括单片机以及与单片机连接的步进电机驱动电路。

9.如权利要求8所述的基于物联网技术的全向移动平台控制***，其特征在于：所述单片机采用STM32F103VBT6芯片作为控制驱动板的控制芯片，所述步进电机驱动电路采用THB7128两相混合式步进电机驱动芯片作为控制驱动板的驱动芯片。