基于arm的agv雙層控制系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本實用新型涉及自主導(dǎo)航小車，尤其涉及自主導(dǎo)航小車的控制系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]自主導(dǎo)航小車(AutomatedGuided Vehicle)屬于輪式移動機(jī)器人的范疇，是一種以電池為動力，裝有非接觸導(dǎo)向裝置的無人駕駛自動化搬運車輛。目前，AGV越來越廣泛地應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、軍事、教育等人類社會的各個方面。隨著AGV技術(shù)的不斷發(fā)展與成熟，AGV研究的重點是在復(fù)雜、未知、動態(tài)環(huán)境中自主完成任務(wù)能力的研究。它不僅需要本身的機(jī)動性，更需要自主性，即在無人干預(yù)的情況下，借助自身傳感器系統(tǒng)，實時感知和理解環(huán)境。在此過程中，一方面需要高性能的運算處理器快速運行圖像處理算法和路徑跟蹤算法，另一方面需要可靠的微控制器實現(xiàn)多樣化的傳感器信號采集及電機(jī)控制等低層行為。
[0003]實現(xiàn)以上兩方面功能的傳統(tǒng)AGV控制系統(tǒng)通常由用于完成圖像采集和傳輸任務(wù)的圖像采集卡和用于實現(xiàn)圖像處理算法的主控計算機(jī)組成。在該系統(tǒng)中，主控計算機(jī)不僅需要完成大量的圖像數(shù)據(jù)運算，還需要完成整個AGV系統(tǒng)的任務(wù)規(guī)劃以及各個子系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制。因此，為了滿足整個AGV系統(tǒng)的實時性要求，主控計算機(jī)的CPU必須具有很高的處理數(shù)據(jù)的能力，CPU的高速運行卻會導(dǎo)致耗能的增加。另一方面主控計算機(jī)的通用性強(qiáng)，無需硬件設(shè)計，但是重量和體積較大，致使AGV的功耗過大，續(xù)航能力降低。所以基于傳統(tǒng)AGV控制系統(tǒng)的高性能與低功耗的矛盾，一直是限制機(jī)器人控制系統(tǒng)發(fā)展的關(guān)鍵問題之一。為了解決視覺處理單元具有強(qiáng)大信息處理能力的問題，滿足系統(tǒng)實時性要求的同時，使AGV的控制系統(tǒng)具有集成度高，低功耗，體積小、重量輕、成本合理的特點，研究和開發(fā)AGV高性能的嵌入式控制系統(tǒng)已經(jīng)成為AGV研究的主要方向之一。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了克服現(xiàn)有自主導(dǎo)航小車控制系統(tǒng)的集成度較低、功耗較大、體積較大、成本較高的不足，本發(fā)明提供一種集成度高、低功耗、體積小、成本合理的基于ARM的AGV雙層控制系統(tǒng)。
[0005]為達(dá)到上述發(fā)明目的，本實用新型采用的技術(shù)方案是:
[0006]—種基于ARM的AGV雙層控制系統(tǒng)，包括用于運行實時操作系統(tǒng)且承擔(dān)與機(jī)器人運動控制的低層Cortex M4處理器和用于圖像信息采集和處理、無線通訊模塊和無線遙控模塊的連接、觸摸屏人機(jī)交互的高層Cortex AS處理器，其中，
[0007]所述低層Cortex M4處理器分別與電池管理模塊、H橋驅(qū)動電路和直流伺服驅(qū)動器連接，所述低層Cortex M4處理器設(shè)有與編碼器連接的轉(zhuǎn)速接口、與激光、磁導(dǎo)航傳感器、紅外傳感器和RFID連接的傳感器接口 ；
[0008]所述高層CortexAS處理器分別與無線通訊模塊、無線遙控模塊和人機(jī)交互模塊連接，所述高層Cortex AS處理器設(shè)有與攝像頭連接的視頻接口 ；
[0009]所述低層Cortex M4處理器與所述高層Cortex A8處理器通過CAN總線連接。
[0010]由于上述技術(shù)方案的運用，本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點:本實用新型采用基于ARM的雙層控制系統(tǒng)，通過兩個處理器進(jìn)行相互協(xié)作，發(fā)揮各自的優(yōu)勢，實現(xiàn)AGV向高速、高精度、開放化、智能化的方向發(fā)展;本實用新型采用傳感器信息融合技術(shù)，提高了AGV自主定位的精度;本實用新型對電池進(jìn)行管理，減少了 AGV運行過程中因為電池問題引起的突發(fā)狀況，提尚了 AGV運彳丁的穩(wěn)定性。
【附圖說明】
[0011 ]圖1是基于ARM的AGV雙層控制系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)示意圖。
[0012]圖2是雙層控制器板間通訊的示意圖。
【具體實施方式】
[0013]以下結(jié)合附圖對本實用新型實施例做進(jìn)一步詳述:
[0014I參照圖1和圖2，一種基于ARM的AGV雙層控制系統(tǒng)，包括用于運行實時操作系統(tǒng)且承擔(dān)與機(jī)器人運動控制的低層Cortex M4處理器和用于圖像信息采集和處理、無線通訊模塊和無線遙控模塊的連接、觸摸屏人機(jī)交互的高層Cortex AS處理器，其中，
[0015]所述低層Cortex M4處理器分別與電池管理模塊、H橋驅(qū)動電路和直流伺服驅(qū)動器連接，所述低層Cortex M4處理器設(shè)有與編碼器連接的轉(zhuǎn)速接口、與激光、磁導(dǎo)航傳感器、紅外傳感器和RFID連接的傳感器接口 ；
[0016]所述高層CortexAS處理器分別與無線通訊模塊、無線遙控模塊和人機(jī)交互模塊連接，所述高層Cortex AS處理器設(shè)有與攝像頭連接的視頻接口 ；
[0017]所述低層Cortex M4處理器與所述高層Cortex A8處理器通過CAN總線連接。
[0018]本實施例中，采用Cortex M4和Cortex A8兩個處理器進(jìn)行相互協(xié)作，通過發(fā)揮各自的優(yōu)勢，為AGV設(shè)計與實現(xiàn)雙核控制器，使AGV向高速、高精度、開放化、智能化的方向發(fā)展。低層Cortex M4處理器用于運行實時操作系統(tǒng)，承擔(dān)與機(jī)器人運動控制，直接緊密相關(guān)的控制任務(wù)如電池管理、控制舉升、控制電機(jī)轉(zhuǎn)向、傳感器數(shù)據(jù)獲取和處理;高層Cortex AS處理器用于圖像信息采集和處理、無線通訊模塊和無線遙控模塊的連接、觸摸屏人機(jī)交互等對實時性要求不高，但對處理器的計算能力、處理速度要求相對較高的任務(wù)。
[0019]電池管理模塊是指過流檢測、電池的剩余電量估計、過沖、過放檢測、溫度檢測與控制和漏電檢測;所述的舉升控制由H橋?qū)崿F(xiàn)驅(qū)動電路驅(qū)動直線電機(jī)實現(xiàn);所述的電機(jī)轉(zhuǎn)向控制由直流伺服驅(qū)動器控制直流電機(jī)并通過編碼器反饋進(jìn)行控制；所述的傳感器包括激光、磁導(dǎo)航、紅外和RFID傳感器;所述的攝像頭信息采集和處理指的是將攝像頭采集到的圖像信息在控制器中通過定位算法的計算處理獲得AGV的實際位置和環(huán)境中障礙物的信息；所述的無線通訊模塊與控制器連接，并與遠(yuǎn)程PC端進(jìn)行通訊，實行遠(yuǎn)程控制;所述的無線遙控模塊與控制器連接，通過遙操作手柄進(jìn)行控制;所述的觸摸屏人機(jī)交互是指通過GUI界面的設(shè)計和與控制器的連接，實現(xiàn)人機(jī)交互。同時，兩塊板子采用板間通訊進(jìn)行連接。
[0020]過流檢測是指當(dāng)電池總線電流超過預(yù)先設(shè)定的允許充放電流范圍時，自動斷開電池總線，停機(jī)并報錯;所述的電池剩余電量估計指在每次AGV啟動時刻，檢測電池開環(huán)電壓，利用開環(huán)電壓與電池剩余電量的一一對應(yīng)關(guān)系，確定初始電量值，在使用過程中，采用電流積分法對電池剩余電量進(jìn)行實時估計，并輔以Kalman濾波器、非線性擴(kuò)散濾波器等濾波方法，增強(qiáng)算法的抗干擾能力;所述過沖、過放檢測是指在電池沖放電過程中，根據(jù)電池剩余電量估