CN215921872U - 一种机器人底盘控制装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种机器人底盘控制装置，属于机器人运动控制及嵌入式***技术领域，所述机器人底盘为四轮四驱底盘，即具有四个轮毂转轴和四个舵机轴，该装置包括FPGA控制器、CAN收发器、485收发器、电机驱动器和舵机，所述舵机为四个，分别与所述四个舵机轴对应连接；所述电机驱动器为CAN接口的轮毂电机驱动器；FPGA控制器通过CAN收发器接入CAN总线，并通过CAN总线与电机驱动器的CAN接口连接；所述舵机为转向舵机，采用485接口；FPGA控制器通过485收发器和485总线与四路舵机连接。本实用新型能够实现四轮四驱全部采用电子控制，运动、转向更加灵活，控制的实时性、可靠性与稳定性也都更高。
Description
技术领域
本实用新型涉及机器人运动控制及嵌入式***技术领域，具体地说是一种机器人底盘控制装置。
背景技术
随着机器人技术的不断发展，机器人采用的运动底盘种类越来越多，主要包括两轮差速、四轮阿克曼结构、履带式底盘等，通用型机器人底盘运动的传统控制方式多为电子配合机械结构控制，随着电子技术的不断发展，电子技术在机器人底盘运动控制领域的应用越来越多。目前底盘采用较多的方式为两轮差速和四轮阿克曼结构，两者各存在一定的优势，运动较为稳定，但总体依赖机械结构的辅助控制。
发明内容
本实用新型的技术任务是针对以上不足之处，提供一种机器人底盘控制装置，该装置能够实现全部采用电子控制，运动、转向更加灵活，控制的实时性、可靠性与稳定性也都更高。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种机器人底盘控制装置，所述机器人底盘为四轮四驱底盘，即具有四个轮毂转轴和四个舵机轴，四轮单独驱动，转向控制灵活；
该装置包括FPGA控制器、CAN收发器、485收发器、电机驱动器和舵机，所述舵机为四个，分别与所述四个舵机轴对应连接；
所述电机驱动器为CAN接口的轮毂电机驱动器；FPGA控制器通过CAN收发器接入CAN总线，并通过CAN总线与电机驱动器的CAN接口连接；电机驱动器连接有轮毂电机，四个轮毂电机分别连接四个轮毂转轴；
所述舵机为转向舵机，采用485接口；FPGA控制器通过485收发器和485总线与四路舵机连接；四路舵机分别连接四个轮毂的舵机轴，即转向轴。
该机器人底盘控制装置四轮单独驱动，转向控制灵活，相比两轮驱动驱动力更强，相比四轮阿克曼结构控制更加灵活，可适用于多种不同的应用场景。通过FPGA控制器、CAN收发器、485收发器的使用可实现核心控制***全部采用电子控制，控制方便，易于功能集成、修改与扩展，不存在机械损耗，可靠性较高，更适合室外机器人的使用。
优选的，所述FPGA控制器内设置有状态机控制组件、CAN通信组件和串口组件，CAN通信组件和串口组件分别通过IO总线连接所述CAN收发器和485收发器；
状态机控制组件设置有计算单元，计算单元通过所述CAN通信组件和串口组件接收CAN收发器和485收发器发送的信号，并通过所述CAN通信组件和串口组件将控制信号发送给CAN收发器和485收发器。
FPGA控制器可通过所述的状态机控制组件进行数字逻辑设计实现控制功能，并进一步通过CAN通信组件和串口组件实现控制信号的传递；
状态机控制组件通过其内的计算单元进行底盘运动模型的选择，将计算得到的控制信号发送出去，并通过CAN通信组件和串口组件接收底盘运动的反馈信息。
优选的，所述FPGA控制器采用EP4CE115F29C7芯片。
优选的，所述CAN总线收发器采用TJA1050芯片。
优选的，所述485收发器采用MAX485芯片。
优选的，所述舵机为360°转向舵机，可实现每个轮毂的360°转向，使底盘的运动更加灵活。
优选的，所述状态机控制组件的计算单元为输入有多个运动模型的计算单元。可根据不同的应用场景切换不同的运动模型，使用更加灵活。
进一步的，所述CAN总线还连接有上层用户控制装置。FPGA控制器内的CAN通信组件通过CAN总线接收并解析上层用户控制装置发出的运动命令，FPGA控制器内的状态机控制组件按照相应的运动模型进行运动学计算，计算出每个轮子的速度及转向角度。其中涉及的运动模型及运动学计算方法为本领域内已知的运动模型和运动学计算方法。
本实用新型的一种机器人底盘控制装置与现有技术相比，具有以下有益效果：
机器人底盘控制装置可实现四轮单独驱动，且可实现核心控制***全部采用电子控制，控制灵活方便，结构清晰简单，且驱动力相比两轮驱动更强；
采用FPGA控制器作为主控制器，提高***控制的实时性、可靠性和稳定性。
附图说明
图1是本发明实施例提供的机器人底盘控制装置的结构原理图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
本实用新型实施例提供一种机器人底盘控制装置，所述机器人底盘为四轮四驱底盘，即具有四个轮毂转轴和四个舵机轴，四轮单独驱动，转向控制灵活。
该装置针对四轮四驱底盘，通过设置核心控制***，实现可全部采用电子控制，四轮单独驱动，控制灵活方便，结构清晰简单，易于功能集成、修改与扩展，且驱动力相比两轮驱动更强，不存在机械损耗，可靠性高；采用FPGA作为主控制器***控制实时性、可靠性与稳定性都更高，适合室外机器人使用。整个装置的结构如图1所示。
该装置包括FPGA控制器、CAN收发器、485收发器、电机驱动器和舵机，所述舵机为四个，分别与所述四个舵机轴对应连接。在FPGA控制器内部进行数字逻辑设计实现控制功能。
FPGA控制器采用Altera公司的EP4CE115F29C7芯片；CAN总线收发器采用TJA1050芯片；485收发器采用MAX485芯片。
所述电机驱动器采用普通CAN接口的轮毂电机驱动器；FPGA控制器通过CAN收发器接入CAN总线，并通过CAN总线与电机驱动器的CAN接口连接；电机驱动器连接有轮毂电机，四个轮毂电机分别连接四个轮毂转轴；
所述舵机为360°转向舵机，采用485接口；FPGA控制器通过485收发器和485总线与四路舵机连接；四路舵机分别连接四个轮毂的舵机轴，即转向轴，实现每个轮毂的360°转向，使底盘的运动更加灵活。
所述FPGA控制器内设置有状态机控制组件、CAN通信组件和串口组件，CAN通信组件和串口组件分别通过IO总线连接所述CAN收发器和485收发器；
FPGA控制器可通过所述的状态机控制组件进行数字逻辑设计实现控制功能，并进一步通过CAN通信组件和串口组件实现控制信号的传递；
状态机控制组件通过其内的计算单元进行底盘运动模型的选择，将计算得到的控制信号发送出去，并通过CAN通信组件和串口组件接收底盘运动的反馈信息。
机器人底盘直线行驶、原地转向以及行驶中转向时，FPGA内的CAN通信模块通过CAN总线接收并解析用户运动命令后，FPGA内的状态机控制模块，按照运动模型进行运动学计算，计算出每个轮子的速度及转向角度。
通过CAN通信模块和串口模块分别协调控制电机驱动器和舵机，使四个轮轴与四个舵机轴同时进行转动，达到目标速度与目标角度，从而驱动底盘实现运动。FPGA控制器通过通过一定的时序协调控制电机驱动器和舵机，进行轮子的转动与转向，从而控制机器人底盘的正常运动。
状态机控制组件设置有计算单元，计算单元通过所述CAN通信组件和串口组件接收CAN收发器和485收发器发送的信号，并通过所述CAN通信组件和串口组件将控制信号发送给CAN收发器和485收发器。
所述状态机控制组件的计算单元为输入有多个运动模型的计算单元。可根据不同的应用场景切换不同的运动模型，使用更加灵活。
CAN总线还连接有上层用户控制装置。FPGA控制器内的CAN通信组件通过CAN总线接收并解析上层用户控制装置发出的运动命令，FPGA控制器内的状态机控制组件按照相应的运动模型进行运动学计算，计算出每个轮子的速度及转向角度。其中涉及的运动模型及运动学计算方法为本领域内已知的运动模型和运动学计算方法。
在应用时，FPGA控制器通过CAN收发器接入CAN总线，通过CAN总线与电机驱动器的CAN接口连接，控制电机驱动器工作；
FPGA通过485收发器、485总线与四路舵机连接,从而控制舵机转向。
FPGA通过一定时序协调控制电机驱动器和舵机进行轮子转动与转向，从而控制机器人底盘正常运动。
底盘直线行驶、原地转向、行驶中转向时，FPGA内的CAN通信模块通过CAN总线接收并解析用户运动命令后，FPGA内的状态机控制模块，按照运动模型进行运动学计算，计算出每个轮子的速度及转向角度(初始状态及回正状态转向角度为90°)，然后通过CAN通信模块与串口模块分别协调控制电机驱动器四个轮轴与四个舵机轴同时进行转动到目标速度与目标角度，从而驱动底盘运动。
本装置具有核心控制***可，全部采用电子控制，控制方便，易于功能集成、修改与扩展，不存在机械损耗，可靠性高；
四轮单独驱动，转向控制灵活，可随时快速切换不同运动模型，适应不同场景使用，且四轮驱动驱动力相比两轮驱动更强；
结构清晰简单，易于实现；
采用FPGA作为主控制器***，控制实时性、可靠性与稳定性都更高，更适合室外机器人使用。
本装置可以有效应用于各种室内与室外机器人的运动控制。
上文通过附图和优选实施例对本发明进行了详细展示和说明，然而本发明不限于这些已揭示的实施例，基与上述多个实施例本领域技术人员可以知晓，可以组合上述不同实施例中的代码审核手段得到本发明更多的实施例，这些实施例也在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种机器人底盘控制装置，其特征在于，所述机器人底盘为四轮四驱底盘，即具有四个轮毂转轴和四个舵机轴，该装置包括FPGA控制器、CAN收发器、485收发器、电机驱动器和舵机，所述舵机为四个，分别与所述四个舵机轴对应连接；
所述电机驱动器为CAN接口的轮毂电机驱动器；FPGA控制器通过CAN收发器接入CAN总线，并通过CAN总线与电机驱动器的CAN接口连接；电机驱动器连接有轮毂电机，四个轮毂电机分别连接四个轮毂转轴；
所述舵机为转向舵机，采用485接口；FPGA控制器通过485收发器和485总线与四路舵机连接；四路舵机分别连接四个轮毂的舵机轴，即转向轴。
2.根据权利要求1所述的一种机器人底盘控制装置，其特征在于所述FPGA控制器内设置有状态机控制组件、CAN通信组件和串口组件，CAN通信组件和串口组件分别通过IO总线连接所述CAN收发器和485收发器；
状态机控制组件设置有计算单元，计算单元通过所述CAN通信组件和串口组件接收CAN收发器和485收发器发送的信号，并通过所述CAN通信组件和串口组件将控制信号发送给CAN收发器和485收发器。
3.根据权利要求2所述的一种机器人底盘控制装置，其特征在于所述FPGA控制器采用EP4CE115F29C7芯片。
4.根据权利要求1或2所述的一种机器人底盘控制装置，其特征在于CAN总线收发器采用TJA1050芯片。
5.根据权利要求1或2所述的一种机器人底盘控制装置，其特征在于485收发器采用MAX485芯片。
6.根据权利要求1或2所述的一种机器人底盘控制装置，其特征在于所述舵机为360°转向舵机。
7.根据权利要求2所述的一种机器人底盘控制装置，其特征在于所述状态机控制组件的计算单元为具有多个运动模型的计算单元。
8.根据权利要求7所述的一种机器人底盘控制装置，其特征在于所述CAN总线还连接有上层用户控制装置。
Priority Applications (1)
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| CN202122268555.2U CN215921872U (zh) | 2021-09-18 | 2021-09-18 | 一种机器人底盘控制装置 |
Applications Claiming Priority (1)
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Publications (1)
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Family Applications (1)
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| CN202122268555.2U Active CN215921872U (zh) | 2021-09-18 | 2021-09-18 | 一种机器人底盘控制装置 |
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2021
- 2021-09-18 CN CN202122268555.2U patent/CN215921872U/zh active Active
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