一種基于嵌入式的變色移動(dòng)機(jī)器人的制作方法

專利名稱:一種基于嵌入式的變色移動(dòng)機(jī)器人的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型提供一種基于嵌入式的變色移動(dòng)機(jī)器人，包括：主控制器模塊、傳感器檢測(cè)模塊、RGB LED燈板模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊。通過白色LED燈照亮地面，然后TCS3200顏色傳感器測(cè)量地面的紅，綠，藍(lán)三個(gè)顏色所占的比例來得到地面顏色數(shù)值。之后經(jīng)過白平衡調(diào)整紅，綠，藍(lán)三色的敏感度，再經(jīng)過三基色LED偏色修正處理和光敏電阻測(cè)得的亮度值共同得出三基色LED紅，綠，藍(lán)三個(gè)顏色通道的PWM占空比數(shù)值。最后輸出PWM波至相應(yīng)的顏色通道就實(shí)現(xiàn)了控制三基色LED的顏色以及亮度。本實(shí)用新型有效的增加了移動(dòng)機(jī)器人的多樣性，提高了移動(dòng)機(jī)器人的利用率。
【專利說明】
一種基于嵌入式的變色移動(dòng)機(jī)器人
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型涉及本發(fā)明涉及移動(dòng)機(jī)器人領(lǐng)域，具體涉及一種基于嵌入式的變色移動(dòng)機(jī)器人。
【背景技術(shù)】
[0002]機(jī)器人泛指一種能夠?qū)崿F(xiàn)某種自動(dòng)控制功能的機(jī)電裝置，移動(dòng)機(jī)器人則是機(jī)器人研究的重要一環(huán)?，F(xiàn)今很多移動(dòng)機(jī)器人的功能都不夠豐富，不夠獨(dú)特，總是在重復(fù)相同功能的開發(fā)。一般說到移動(dòng)機(jī)器人就會(huì)想到雙輪自平衡，避障，巡線，滅火等，但是除此之外就很少看到有人制作擁有其他獨(dú)特功能的移動(dòng)機(jī)器人了。而變色移動(dòng)機(jī)器人所要解決的正是移動(dòng)機(jī)器人功能不夠豐富的問題。本實(shí)用新型變色移動(dòng)機(jī)器人是為模仿變色龍的迷彩和變色功能，以及提供一種新的機(jī)器人功能，使別人能夠開發(fā)出更加獨(dú)特的機(jī)器人。有效的增加了機(jī)器人的多樣性，提高了機(jī)器人的利用率。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0003]本實(shí)用新型的目的在于提供一種基于嵌入式的變色移動(dòng)機(jī)器人，以解決現(xiàn)有技術(shù)中導(dǎo)致的上述多項(xiàng)缺陷。
[0004]—種基于嵌入式的變色移動(dòng)機(jī)器人，包括:
[0005]主控制器模塊，用于傳感器信號(hào)的處理、判斷，各種控制信號(hào)的發(fā)出以及對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的監(jiān)控；
[0006]傳感器檢測(cè)模塊，它的輸出端與所述主控制器模塊相連接，用于實(shí)現(xiàn)避障檢測(cè)、測(cè)量地面的紅，綠，藍(lán)三個(gè)顏色所占的比例來得到地面顏色數(shù)值；
[0007]RGB LED燈板模塊，它與所述主控制器模塊相連接，用于光源的產(chǎn)生、調(diào)節(jié)變色所要求的亮度，發(fā)光角度，以及像素；
[0008]電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊，它與所述主控制器模塊相連，主要由驅(qū)動(dòng)芯片L298N和直流電機(jī)等構(gòu)成，根據(jù)主控制器的指令對(duì)機(jī)器人進(jìn)行啟動(dòng)、停止、前進(jìn)、后退及左右轉(zhuǎn)向的操作。
[0009]優(yōu)選的，所述主控制器模塊:使用了STM32F103VET6處理器作為主控芯片。
[0010]優(yōu)選的，所述傳感器檢測(cè)模塊包括:
[0011 ]前方碰撞傳感器模塊，采用標(biāo)準(zhǔn)紅外接收傳感器HS0038作為接收部件，紅外光的發(fā)射采用普通紅外發(fā)射管，實(shí)現(xiàn)避障檢測(cè)功能；
[0012]左右碰撞傳感模塊，采用SHARPGP2D12碰撞檢測(cè)傳感器作為接收部件，它可以檢測(cè)到光點(diǎn)落到它上面的微小位移，分辨率達(dá)微米級(jí)；
[0013]TCS3200顏色傳感器，它把可配置的硅光電二極管與電流頻率轉(zhuǎn)換器集成在一個(gè)單一的CMOS電路上，同時(shí)在單一芯片上集成了紅綠藍(lán)(RGB)三種濾光器。
[0014]優(yōu)選的，所述RGBLED燈板模塊:是一個(gè)個(gè)獨(dú)立的直插的三基色LED所組成的陣列，因?yàn)橹辈宓娜獿ED在焊接完成之后還能夠通過彎曲來改變發(fā)光方向，因而能夠增加燈板的發(fā)光角度，使燈罩能夠更均勻的被照亮。
[0015]優(yōu)選的，所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊:主要由驅(qū)動(dòng)芯片L298N和直流電機(jī)等構(gòu)成，用于控制移動(dòng)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)。
[0016]本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)在于:1.利用三基色LED發(fā)出與地表相似的顏色的光來做到類似變色龍的迷彩偽裝功能。這個(gè)功能是以往移動(dòng)機(jī)器人所不具備的功能，特別獨(dú)特。2.在設(shè)計(jì)時(shí)考慮到直接發(fā)出的光線會(huì)比較刺眼，顯得突出，因此安裝了LED燈罩用于使各顏色的光充分混合均勻，消除刺眼的感覺。3.考慮到機(jī)器人移動(dòng)時(shí)不能讓人看到不能變色的部位(如輪胎，電池等)，特意將移動(dòng)機(jī)器人車身做的比較低。同時(shí)將所有傳感器都安裝在了燈罩內(nèi)，使得傳感器在機(jī)器人運(yùn)行過程中得到了保護(hù)，又使顏色傳感器幾乎不會(huì)受到外界光線的干擾，碰撞傳感器也由于燈罩的存在而消除了感應(yīng)死區(qū)。4.為保證在調(diào)試途中不會(huì)接錯(cuò)線，不傷到開發(fā)板，小車上除接在L298N上的6根杜邦線以外沒有使用杜邦線。其余線全部都焊接在兩個(gè)雙列的插排上，插排再插在開發(fā)板的插針上。這樣，若想將開發(fā)板用于其他項(xiàng)目上，只需拔掉兩個(gè)插排即可。以后再使用時(shí)也可馬上安裝回去。使用插排的方式比插成堆的杜邦線要更可靠，更安全。另外還發(fā)現(xiàn)，這種安裝方式所占用的高度比用杜邦所占用的高度要低，因此能夠進(jìn)一步降低機(jī)器人的高度。5.通過對(duì)光敏電阻采取限制外部光線的照射角度(在光敏電阻周圍包上一層黑色熱縮管)，以及設(shè)定最低亮度，解決了變色移動(dòng)機(jī)器人本身會(huì)發(fā)光，卻需要通過測(cè)量環(huán)境的光線而改變自身發(fā)光亮度的問題。
【附圖說明】

[0017]圖1為本實(shí)用新型一種基于嵌入式的變色移動(dòng)機(jī)器人系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖；
[0018]圖2為本實(shí)用新型一種基于嵌入式的變色移動(dòng)機(jī)器人主控制模塊應(yīng)用電路圖；
[0019]圖3為本實(shí)用新型一種基于嵌入式的變色移動(dòng)機(jī)器人RGBLED燈板模塊應(yīng)用電路；
[0020]圖4為本實(shí)用新型一種基于嵌入式的變色移動(dòng)機(jī)器人電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊應(yīng)用電路圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021 ]為使本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達(dá)成目的與功
[0022]效易于明白了解，下面結(jié)合【具體實(shí)施方式】，進(jìn)一步闡述本實(shí)用新型。
[0023]根據(jù)本實(shí)用新型一個(gè)實(shí)施例，如圖1所示，提供一種基于嵌入式的變色移動(dòng)機(jī)器人，包括:主控制器模塊、傳感器檢測(cè)模塊、RGB LED燈板模塊，電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊。所述主控制器模塊:采用了 STM32F103VET6處理器作為主控芯片，STM32系列處理器是ST公司新推出的一款基于高性能、低成本、低功耗要求的嵌入式處理器，應(yīng)用專門設(shè)計(jì)的ARM Cortex-M3低功耗高速內(nèi)核。是整個(gè)裝置的控制核心，它負(fù)責(zé)對(duì)傳感器采集來的信號(hào)進(jìn)行處理，并控制各移動(dòng)機(jī)器人電機(jī)的轉(zhuǎn)速。
[0024]所述傳感器檢測(cè)模塊包括:前方碰撞傳感器模塊，采用標(biāo)準(zhǔn)紅外接收傳感器HS0038作為接收部件，紅外光的發(fā)射采用普通紅外發(fā)射管，紅外發(fā)射管發(fā)射出經(jīng)過調(diào)制的38kHz的紅外光，當(dāng)前方?jīng)]有障礙物時(shí)，接收器接收不到紅外光。相反，當(dāng)前方有障礙物時(shí)，接收器可以接收到紅外光，實(shí)現(xiàn)避障檢測(cè)功能。左右碰撞傳感模塊，采用SHARP GP2D12碰撞檢測(cè)傳感器作為接收部件，它可以檢測(cè)到光點(diǎn)落到它上面的微小位移，分辨率達(dá)微米級(jí)。TCS3200顏色傳感器，它的輸出信號(hào)是數(shù)字量，可以驅(qū)動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)的TTL或CMOS邏輯輸入，因此可直接與微處理器或其他邏輯電路相連，由于輸出的是數(shù)字量，并且能夠?qū)崿F(xiàn)每個(gè)彩色信道10位以上的轉(zhuǎn)換精度，因而不再需要A/D轉(zhuǎn)換電路，使電路變得更簡單。
[0025]所述RGBLED燈板模塊:使用的是一個(gè)個(gè)獨(dú)立的直插的三基色LED所組成的陣列，因?yàn)橹辈宓娜獿ED在焊接完成之后還能夠通過彎曲來改變發(fā)光方向，因而能夠增加燈板的發(fā)光角度，使燈罩能夠更均勻的被照亮。而且每個(gè)三基色LED的亮度比點(diǎn)陣上的三基色LED要亮許多，更適合用于有燈罩覆蓋的移動(dòng)機(jī)器人上。關(guān)于像素，由于三個(gè)TCS3200顏色傳感器模塊只能得到三個(gè)顏色值，相當(dāng)于只有三個(gè)像素的照相機(jī)，而且由于燈罩的覆蓋，高密度的像素就失去了意義，因此就沒有使用點(diǎn)陣模塊。還有，減少了 LED總數(shù)這一點(diǎn)也使得移動(dòng)機(jī)器人所消耗的能量得到了抑制。
[0026]所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊:要由驅(qū)動(dòng)芯片L298N和直流電機(jī)等構(gòu)成，L298N是SGS公司的產(chǎn)品，內(nèi)部包含4通道邏輯驅(qū)動(dòng)電路。是一種二相和四相電機(jī)的專用驅(qū)動(dòng)器，即內(nèi)含二個(gè)H橋的高電壓大電流雙全橋式驅(qū)動(dòng)器，接收標(biāo)準(zhǔn)TTL邏輯電平信號(hào)，可驅(qū)動(dòng)46V、2A以下的電機(jī)。
[0027]另外，如圖2所示，主控制器模塊處理器采用了STM32F103VET6微處理器作為主控芯片，STM32系列處理器是ST公司新推出的一款基于高性能、低成本、低功耗要求的嵌入式處理器，應(yīng)用專門設(shè)計(jì)的ARM Cortex-M3低功耗高速內(nèi)核;復(fù)位電路采用阻容復(fù)位，并添加了開關(guān)，使能手動(dòng)復(fù)位;晶振電路采用SM有源晶振，并經(jīng)過微處理器內(nèi)部的PLL倍頻電路，最高頻率可達(dá)72MHz ； JTAG接口電路采用ARM專用的接口，可在線調(diào)試。
[0028]如圖3所示，一種基于嵌入式的變色移動(dòng)機(jī)器人RGB LED燈板模塊，用于控制三基色LED的各個(gè)顏色亮度所使用的元件是SI2302，N溝道M0SFET，S0T-23封裝。之所以使用它是因?yàn)镾I2302反應(yīng)快，適合高頻率的PWM波，且允許最大3A的持續(xù)電流，足夠用來同時(shí)驅(qū)動(dòng)32個(gè)LED。同時(shí)它是貼片封裝的，占據(jù)的空間特別小，剛好適合變色移動(dòng)機(jī)器人。
[0029]如圖4所示，一種基于嵌入式的變色移動(dòng)機(jī)器人電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊，采用功率三極管作為功率放大器的輸出控制直流電機(jī)。移動(dòng)機(jī)器人采用前輪驅(qū)動(dòng)，前輪左右兩邊各用一個(gè)直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)，調(diào)制前面兩個(gè)輪子的正反轉(zhuǎn)從而達(dá)到控制轉(zhuǎn)向的目的。
[0030]由技術(shù)常識(shí)可知，本實(shí)用新型可以通過其它的不脫離其精神實(shí)質(zhì)或必要特征的實(shí)施方案來實(shí)現(xiàn)。因此，上述公開的實(shí)施方案，就各方面而言，都只是舉例說明，并不是僅有的。所有在本實(shí)用新型范圍內(nèi)或在等同于本實(shí)用新型的范圍內(nèi)的改變均被本實(shí)用新型包含O
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于嵌入式的變色移動(dòng)機(jī)器人，其特征在于，包括: 主控制器模塊，它與傳感器檢測(cè)模塊，RGB LED燈板模塊，電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊相連，用于傳感器信號(hào)的處理、判斷，各種控制信號(hào)的發(fā)出以及對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的監(jiān)控； 傳感器檢測(cè)模塊，它的輸出端與所述主控制器模塊相連接，用于實(shí)現(xiàn)避障檢測(cè)、測(cè)量地面的紅，綠，藍(lán)三個(gè)顏色所占的比例來得到地面顏色數(shù)值； RGB LED燈板模塊，它與所述主控制器模塊相連接，用于光源的產(chǎn)生、調(diào)節(jié)變色所要求的亮度，發(fā)光角度，以及像素； 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊，它與所述主控制器模塊相連接，主要由驅(qū)動(dòng)芯片L298N和直流電機(jī)構(gòu)成，根據(jù)主控制器的指令對(duì)機(jī)器人進(jìn)行啟動(dòng)、停止、前進(jìn)、后退及左右轉(zhuǎn)向的操作。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于嵌入式的變色移動(dòng)機(jī)器人，其特征在于，所述主控制器模塊:使用了 STM32F103VET6處理器作為主控芯片。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于嵌入式的變色移動(dòng)機(jī)器人，其特征在于，所述傳感器檢測(cè)模塊包括: 前方碰撞傳感器模塊，采用標(biāo)準(zhǔn)紅外接收傳感器HS0038作為接收部件，紅外光的發(fā)射采用普通紅外發(fā)射管，實(shí)現(xiàn)避障檢測(cè)功能； 左右碰撞傳感模塊，采用SHARP GP2D12碰撞檢測(cè)傳感器作為接收部件，它可以檢測(cè)到光點(diǎn)落到它上面的微小位移，分辨率達(dá)微米級(jí)； TCS3200顏色傳感器，它把可配置的硅光電二極管與電流頻率轉(zhuǎn)換器集成在一個(gè)單一的CMOS電路上，同時(shí)在單一芯片上集成了紅綠藍(lán)三種濾光器。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于嵌入式的變色移動(dòng)機(jī)器人，其特征在于，所述RGBLED燈板模塊:是一個(gè)個(gè)獨(dú)立的直插的三基色LED所組成的陣列。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于嵌入式的變色移動(dòng)機(jī)器人，其特征在于，所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊:主要由驅(qū)動(dòng)芯片L298N和直流電機(jī)構(gòu)成，用于控制移動(dòng)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)。
【文檔編號(hào)】B25J5/00GK205704200SQ201620250617
【公開日】2016年11月23日
【申請(qǐng)日】2016年3月29日
【發(fā)明人】郎朗, 李朕陽, 張 成, 趙曉利, 王青梅
【申請(qǐng)人】安徽工程大學(xué)