專利名稱：一種智能割草機(jī)器人控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種智能割草機(jī)器人控制系統(tǒng)。適用于在家庭、公共服務(wù)空間 等場所進(jìn)行綠地護(hù)理等服務(wù)。
背景技術(shù)：
目前，機(jī)器人大都應(yīng)用接觸性傳感器實(shí)現(xiàn)機(jī)器人自主導(dǎo)航，這類系統(tǒng)精度 比較高，須利用超聲數(shù)據(jù)，識別和跟蹤道路邊緣，將超聲數(shù)據(jù)與圖像數(shù)據(jù)結(jié)合， 通過事先訓(xùn)練好的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來預(yù)測障礙物可能位置，使機(jī)器人在動態(tài)非結(jié)構(gòu)化 環(huán)境中實(shí)現(xiàn)自主導(dǎo)航。家用服務(wù)型機(jī)器人由于制造成本和生產(chǎn)工藝的因素，以 上技術(shù)在應(yīng)用上則較為困難，另外，現(xiàn)有的機(jī)器人還存在著人為參與動作過多， 功耗高，噪音大等問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種用單片機(jī)和紅外線收發(fā)技術(shù)實(shí)現(xiàn)自 動導(dǎo)航、避障、檢測和操作的機(jī)器人智能控制系統(tǒng)。
本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是 一種機(jī)器人智能控制系統(tǒng)，其特征在于該控 制系統(tǒng)包括單片機(jī)主控單元、A/D轉(zhuǎn)換器、電壓檢測電路、氣體檢測電路、顆 粒流量檢測電路、防撞電路、對地紅外防跌落電路、導(dǎo)航電路、驅(qū)動電路和電 源電路，其中
單片機(jī)主控單元由微處理器A和微處理器B組成，微處理器A、微處理器 B和A/D轉(zhuǎn)換器之間通過功能端腳互相連接，實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換與操作; 電壓檢測電路的輸出信號送到處理器B的腳2，用于監(jiān)控系統(tǒng)的電壓； 氣體檢測電路的輸出信號送到微處理器B的腳8，用于判斷空氣的綜合質(zhì)
顆粒流量檢測電路由一對紅外發(fā)射、接收管采集信號，輸出的電信號發(fā)送 至A/D轉(zhuǎn)換器的腳19，轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號后進(jìn)入微處理器A進(jìn)行處理，輸出信號 用于控制驅(qū)動電路；
防撞電路由二對紅外發(fā)射、接收管采集信號，輸出的二路信號分別輸至微 處理器B的腳9和腳11，輸出信號用于控制驅(qū)動電路；對地紅外防跌落電路由四對紅外發(fā)射、接收管采集信號，其輸出信號經(jīng)放
大后接入微處理器A的腳40、腳7、腳5、腳8，輸出信號用于控制驅(qū)動電路;
導(dǎo)航電路由四對紅外發(fā)射、接收管和二對霍爾傳感器采集信號，輸出信號 經(jīng)多路切換電路1;4后輸出到運(yùn)算放大器112進(jìn)行信號處理，處理過的信號經(jīng)U2 的腳7輸出至A/D轉(zhuǎn)換器的腳14進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號進(jìn)入微處 理器A進(jìn)行處理，輸出信號用于控制驅(qū)動電路；
驅(qū)動電路接受微處理器A的控制，由四位數(shù)值比較器U9、 U1()，電機(jī)驅(qū)動 器Uu和晶振電路Us組成，U9、 Uuj取樣電平由U8的腳3、 4、 5、 6在4M晶振 分頻后得到，U 的輸出信號分別控制兩個(gè)減速電機(jī)的方向和速度。
本發(fā)明的有益效果是通過單片機(jī)控制和紅外線收發(fā)技術(shù)，采用直接自適 應(yīng)器對機(jī)器人進(jìn)行軌跡控制的方案；進(jìn)行脈寬調(diào)制(PWM)分段，步進(jìn)式輸出 1Hz 3kHz的PWM，它占用的CPU時(shí)間短?？蓪?shí)現(xiàn)服務(wù)型機(jī)器人的自動導(dǎo)航、 避障、檢測和操作，無須人為操作，此設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)簡單、成本低、可靠性好、 抗干擾能力強(qiáng)。


圖l是本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。
圖2-l是本發(fā)明的原理總圖。
圖2-2是本發(fā)明的另一原理總圖。
圖3是圖2-2中電壓檢測電路的原理圖。
圖4是圖2-2中氣體檢測電路的原理圖。
圖5是圖2-1中顆粒流量檢測電路的原理圖。
圖6是圖2-2中防撞電路的原理圖。
圖7是圖2-1中對地紅外防跌落電路的原理圖。
圖8是圖2-1中導(dǎo)航電路的原理圖。
圖9是圖2-1中驅(qū)動電路的原理圖。
圖10是圖2-1中電源電路的原理圖。
圖11是圖2-1中電源開關(guān)電路的原理圖。
圖12是圖2-1中風(fēng)機(jī)及告警電路的原理圖。
具體實(shí)施例方式
如圖1所示，本實(shí)施例由微處理器A1、微處理器B2、 A/D轉(zhuǎn)換器3、電壓檢測電路4、氣體檢測電路5、顆粒流量檢測電路6、防撞電路7、對地紅外 防跌落電路8、導(dǎo)航電路9、驅(qū)動電路10和電源電路11組成。
如圖2、圖3所示，微處理器A(Uu型號68HC705C9A，以下簡稱1112) 1 和微處理器B(U^型號AT89C2051，以下簡稱1;3()1) 2組成單片機(jī)主控單元， 單片機(jī)主控單元和A/D轉(zhuǎn)換器3 (U3型號68HC68，以下簡稱113)之間通過 功能端腳互相連接，實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換與操作。
電壓檢測電路4由電阻R^、 R3()2、 R3Q3、 Wi組成取樣電路，取樣電壓經(jīng)分 壓后輸送到比較器U則A(型號LM393)， U卿A的腳2大約有2.5V左右的電壓， 而U300A腳3的電壓經(jīng)分壓后如果此電位高于腳2的電位，U300A的腳1輸出 高電平，反之輸出低電平，輸出信號送到113()1的腳2，用于監(jiān)控系統(tǒng)的電壓并 點(diǎn)亮LED。
氣體檢測電路5中的氣體探頭檢測出空氣質(zhì)量污染嚴(yán)重時(shí)，由J3()3的腳3 輸出高電平信號，送到比較器U鄉(xiāng)B的腳6，與U鄉(xiāng)B的腳5做電位比較，由于 腳6為反向輸入端，此時(shí)U3ooB的腳7輸出低電平，送到113()1的腳8。如果空氣
質(zhì)量良好，則U300B的腳7輸出高電平。電阻11323、 W2、 C犯6組成一個(gè)基準(zhǔn)電壓電路。
顆粒流量檢測電路6由JP7的腳4、 5導(dǎo)通5V紅外線發(fā)射管，該管與JP9 的腳5的接收管形成對射，當(dāng)固體顆粒擾動，使紅外線接收量降低，形成低電 平，直接發(fā)送信號到U3的腳19，轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號后進(jìn)入微處理器Uu進(jìn)行處理， 輸出信號用于控制驅(qū)動電路10。
防撞電路7由二對紅外發(fā)射、接收管IR5、 IR6采集信號，從J鄉(xiāng)的腳1、腳
4輸出二路信號，分別經(jīng)三極管Q3股、Q3。3放大后輸至微處理器U3(H的腳11和
腳9，輸出信號用于控制驅(qū)動電路10。
對地紅外防跌落電路8由四對紅外發(fā)射、接收管采集信號，紅外接收管的
輸入信號分別輸?shù)絁P9的腳7、 JP7的腳1、 JPs腳3、 JP2的腳5，其輸出信號分 別通過JP9的腳7、 JP7的腳1、 JPs的腳3、 JP2的腳5輸送到三極管Q8(u、 Q802、
Q鵬、Qm的基極，信號經(jīng)放大后接入微處理器U12的腳40、腳7、腳5、腳8， 輸出信號用于控制驅(qū)動電路10。
導(dǎo)航電路9由四對紅外發(fā)射、接收管和二對霍爾傳感器采集信號，紅外接 收管IRp IR2、 IR3、 IR4的輸入信號分別送到多路切換電路LU(型號MC14052B)的腳11、 12、 15、 14， U4的輸出信號通過腳13、 3輸出到U2 (型號TLV2274M) 的腳13、 IO進(jìn)行信號處理，處理過的信號經(jīng)U2的腳7輸出至U3的腳14進(jìn)行 A/D轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號進(jìn)入微處理器1112進(jìn)行處理，輸出信號用子控制 驅(qū)動電路IO。
霍爾傳感器Hp H2的輸出信號輸送到U3的腳9和腳11，經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換后 的時(shí)序脈沖進(jìn)入微處理器U12的腳34、 35，經(jīng)CPU運(yùn)算后控制驅(qū)動電路10中 電機(jī)的轉(zhuǎn)向。
驅(qū)動電路10接受微處理器Uu的控制，由四位數(shù)值比較器U9 (型號 MC74HC85)和U1()(型號MC74HC85)，電機(jī)驅(qū)動器Uu (型號L6204)和晶 振電路Us (型號SN74HC393)組成?？刂菩盘栍晌⑻幚砥鱑12的腳13、 14、 15、 16腳輸出至四位數(shù)值比較器U9的腳10、 12、 13、 15，微處理器1112的腳 18、 19、 20、 21輸出至四位數(shù)值比較器Uu)的腳10、 12、 13、 15，經(jīng)判斷后， 其中一路U9的腳7和腳5輸出到Uu的腳9和腳12，再由U 的腳4和腳18 輸出，控制JP2的腳1、 2的右減速電機(jī)的速度；另一路Uu)的腳7和腳5輸出 到Un的腳2和腳19，由Un的腳7和腳13輸出，控制JPs的腳l、 2左減速電 機(jī)的速度。U9、 Uu)的取樣電平由U8的腳3、 4、 5、 6在4M晶振分頻后得到。
電源電路ll， 12V電池電壓經(jīng)三端穩(wěn)壓管Us (型號78L05)穩(wěn)壓后，輸出 5V電壓，供給機(jī)器電源。其中Uu為主5V，供給CPU及其外設(shè)，Us為從5V， 供給探頭及U2、 U6 (型號TLV2272M)。
電源開關(guān)電路，當(dāng)按下電源"開"鍵時(shí)，Qs的基極處于高電平，Qs導(dǎo)通， 繼電器吸合，Uu在通電后從腳12輸出高電平鎖住Q5的基極電位，讓繼電器一 直處于吸合狀態(tài)。當(dāng)按下"關(guān)"鍵時(shí)，Qs的基極為低電平，三極管截止，繼電 器斷開。
風(fēng)機(jī)及告警電路，當(dāng)要啟動12V電機(jī)時(shí)，1112的腳IO輸出高電平，Q6導(dǎo)通， 風(fēng)機(jī)開始工作。Ru為下拉電阻，Ri為保護(hù)電阻。同理，當(dāng)設(shè)備在需要告警時(shí)， Ui2的腳9輸出高電平，Q3導(dǎo)通，蜂鳴器得電發(fā)出告警聲音。
權(quán)利要求
1、一種智能割草機(jī)器人控制系統(tǒng)，其特征在于該控制系統(tǒng)包括單片機(jī)主控單元、A/D轉(zhuǎn)換器(3)、電壓檢測電路(4)、氣體檢測電路(5)、顆粒流量檢測電路(6)、防撞電路(7)、對地紅外防跌落電路(8)、導(dǎo)航電路(9)、驅(qū)動電路(10)和電源電路(11)，其中
2、 單片機(jī)主控單元由微處理器A (1)和微處理器B (2)組成，微處理器A (1)、 微處理器B (2)和A/D轉(zhuǎn)換器(3)之間通過功能端腳互相連接，實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù) 交換與操作；
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的電壓檢測電路(4)的輸出信號送到處理器B (2)的腳2， 用于監(jiān)控系統(tǒng)的電壓；
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣體檢測電路(5)的輸出信號送到微處理器B (2)的腳8， 用于判斷空氣的綜合質(zhì)量；
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的顆粒流量檢測電路(6)由一對紅外發(fā)射、接收管采集信號， 輸出的電信號發(fā)送至A/D轉(zhuǎn)換器(3)的腳19,轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號后進(jìn)入微處理器A (1) 進(jìn)行處理，輸出信號用于控制驅(qū)動電路(10);
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的防撞電路(7)由二對紅外發(fā)射、接收管采集信號，輸出的 二路信號分別輸至微處理器B (2)的腳9和腳11，輸出信號用于控制驅(qū)動電路(10);
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的對地紅外防跌落電路(8)由四對紅外發(fā)射、接收管采集信 號，其輸出信號經(jīng)放大后接入微處理器A (1)的腳40、腳7、腳5、腳8，輸出信號用于 控制驅(qū)動電路(10);
8、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的導(dǎo)航電路(9)由四對紅外發(fā)射、接收管和二對霍爾傳感器采集信號，輸出信號經(jīng)多路切換電路Ut后輸出到運(yùn)算放大器U2進(jìn)行信號處理，處理過的信號經(jīng)U2的腳7.輸出至A/D轉(zhuǎn)換器(3)的腳14進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號進(jìn)入 微處理器A (1)進(jìn)行處理，輸出信號用于控制驅(qū)動電路(10);
9、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的驅(qū)動電路(10)接受微處理器A (1)的控制，由四位數(shù)值比較器U9、 U1Q，電機(jī)驅(qū)動器11 和晶振電路118組成，U9、 UK)取樣電平由Us的腳3、 4、 5、 6在4M晶振分頻后得到，Uu的輸出信號分別控制兩個(gè)減速電機(jī)的方向和速度。
全文摘要
一種智能割草機(jī)器人控制系統(tǒng)，適用于在家庭、公共服務(wù)空間等場所進(jìn)行綠地護(hù)理等服務(wù)，其特征在于該控制系統(tǒng)包括單片機(jī)主控單元、A/D轉(zhuǎn)換器、電壓檢測電路、氣體檢測電路、顆粒流量檢測電路、防撞電路、對地紅外防跌落電路、導(dǎo)航電路、驅(qū)動電路和電源電路。通過單片機(jī)控制和紅外線收發(fā)技術(shù)，采用直接自適應(yīng)器對機(jī)器人進(jìn)行軌跡控制的方案；進(jìn)行脈寬調(diào)制(PWM)分段，步進(jìn)式輸出1Hz～3kHz的PWM，它占用的CPU時(shí)間短。與傳統(tǒng)割草機(jī)相比，智能割草機(jī)器人控制系統(tǒng)可以自動導(dǎo)航、避障、檢測和操作，無須人為操作，此設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)簡單、成本低、可靠性好、抗干擾能力強(qiáng)。
文檔編號G05B19/04GK101436039SQ20071004808
公開日2009年5月20日 申請日期2007年11月12日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月12日
發(fā)明者應(yīng)衛(wèi)強(qiáng), 魏慶前 申請人:上海創(chuàng)繪機(jī)器人科技有限公司