[发明专利]顶棚投影器辅助导航系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种机器人导航定位系统，属于机器人导航定位技术领域。

背景技术

目前机器人的导航、定位多依赖机器人本身携带的传感器(如超声传感器，激光传感器等)，对环境信息进行感知，而后对所获得信息进行处理，以决定机器人的下一步运动策略。普遍存在的现象为，机器人自身需进行复杂的逻辑运算和数据处理，对机器人的性能要求较高。同时，机器人需携带多种传感器，有的价格昂贵(如激光传感器)。

出于降低机器人导航定位成本的考虑，研究如何利用其他导航、定位手段以减少对机器人性能的要求，同时减少所需传感器的种类就显得尤为重要。

发明内容

本发明针对机器人本体在导航过程中存在的需进行复杂运算和处理、并需携带多种传感器的问题，提出了一种导航成本低的顶棚投影器辅助导航系统。

本发明的顶棚投影器辅助导航系统采用以下技术方案：

该顶棚投影器辅助导航系统包括转动平台、控制器、无线通信模块、激光器、上位机和顶棚投影器，顶棚投影器安装在转动平台上，顶棚投影器与控制器连接，两个步进电机垂直放置在转动平台内，两个步进电机的转轴分别与安装于转动平台上的两个连杆连接，两个步进电机与控制器连接，激光器固定于连杆上，上位机与控制器通过无线通信模块连接。

控制器采用单片机STC12C2052，其P3.2～P3.5引脚接限位开关，由于顶棚投影器包含两个步进电机，因此需要四个限位开关；P1.0～P1.7引脚接驱动芯片ULN2003A。驱动芯片的输出接步进电机，单片机P1.0～P1.7引脚与驱动芯片之间加施密特触发器。

顶棚投影器的步进电机带动连杆实现二自由度旋转，将转动平台悬挂于墙上时，装于旋转平台上的连杆可实现绕底部连接点做墙面所在平面上的旋转和垂直于墙面所在平面的旋转。激光器随着连杆的运动，实现在地面上投射出运动的光斑，指引机器人的运动。

本发明的工作过程如下：

首先为路径规划，上位机按程序将规划好的路径信息经过坐标转化等换算为相应电机的控制命令，而后将控制命令按无线通信的协议打包，通过无线通信模块发送到顶棚投影器，顶棚投影器将控制命令进行解析，提取出各个步进电机的运动步数和方向信息，控制电路依据控制信息向驱动器发送脉冲信号，驱动电机的转动，电机带动连杆运动，在顶棚投影器处于开启状态时即可实现规划的路径的投射。

本发明将路径规划功能交由上位机完成，同时将规划好的路径信息通过一定方式发送给投影器，投影器据此完成路径信息的投射，指引机器人的前进，使得机器人无需进行路径规划，降低了机器人本体的数据运算和处理量，同时减轻了机器人所需携带的传感器的种类和数量，降低了成本，为机器人提供一种简单有效的导航方式。

附图说明

图1是本发明顶棚投影器导航系统的结构原理框图。

图2是本发明顶棚投影器导航系统的控制电路的电气原理图。

图3是本发明顶棚投影器导航系统的主控制流程图。

图4是脉冲产生控制流程图。

图5是限位控制流程图。

图6是步进电机变速控制流程图。

图7是步进电机变速控制的分段处理子流程图。

表1是上位机与无线通讯模块(Zigbee协调器)之间通信数据格式。

表2是Zigbee终端节点与投影器控制器间通信的数据格式。

图中，1、上位机，2、无线通讯模块，3、单片机，4、电压转化模块，5、开关电源，6、限位开关，7、电压转化模块，8、CMOS六施密特触发器，9、驱动芯片，10、步进电机，11、激光器。

具体实施方式

图1给出了本发明顶棚投影器导航系统的结构原理。包括转动平台、控制器、无线通信模块2、激光器11、上位机1和顶棚投影器。顶棚投影器安装在转动平台上，顶棚投影器与控制器连接，顶棚投影器包括两个步进电机10，步进电机型号为35BY48HJ30，两个步进电机垂直放置在转动平台内，两个步进电机的转轴分别与安装于转动平台上的两个连杆连接，两个步进电机与控制器连接，控制器采用STC12C2052型单片机3，激光器11固定于连杆上，上位机与控制器(单片机3)通过无线通信模块2连接。激光器11通过电压转化模块7与开关电源5连接，单片机3和CMOS六施密特触发器8均与开关电源5连接，无线通讯模块2通过电压转化模块4与开关电源5连接。