[发明专利]一种教学竞赛用喷药机器人的控制系统

说明书

本发明涉及一种教学竞赛用喷药机器人的控制系统，包括主控模块，所述主控模块分别与行驶避障模块、行走控制模块、目标检测模块、喷药控制模块、电源控制模块连接。所述主控模块包括上位机树莓派3B+和下位机ARDUINO MEGA 2560，上位机控制目标检测模块和喷药控制模块，下位机控制行驶避障模块和控制行走控制模块；所述行驶避障模块包括左右高层避障右、左底层避障光电开关传感器，所有避障光电开关传感器的信号输出与所述主控模块的下位机相应引脚连接；所述行走控制模块包括前后左右四个电机、前后左右四个电机编码器、四路电机驱动器、前后灰度循迹传感器；所述目标检测模块包括左右高层检测光电开关传感器、右中层检测光电开关传感器、左右底层检测光电开关传感器、摄像头和喇叭；所述喷药控制模块包括三个电磁继电器、一个增压泵、左右电磁阀、左右喷头、左右喷头控制舵机和云台控制舵机；所述电源控制模块包括12V电池、5V降压模块和7V降压模块。

技术领域

本发明属于教学用喷药机器人技术领域，具体涉及一种教学竞赛用喷药机器人的控制系统。

背景技术

喷药机器人项目是中国服务机器人大赛的一项子项目，机器人比赛场地，如图1、图2所示。在比赛过程中，机器人从起始区出发，经过A区、B区、C区、D区、E区，自主完成对A区的模拟仿真藤蔓，B区的低矮作物，C区的杂草和D区不同颜色树冠的检测识别与喷药，并且对喷药覆盖面积有50%以上的要求，仿真植物如图3所示，其中01为藤蔓，02为低矮作物，03为杂草，04为树冠。

机器人在起始位置时，语音介绍参赛队伍信息，然后行驶进入A区。A区要求对藤蔓喷药，有4个对藤蔓喷药作业点，B区要求对通道两侧低矮作物连续喷药，C区要求通道两侧各10个花盆内随机杂草进行检测播报并喷药，D区要求道路两侧各4个树形进行喷药，树形为长方形白板，其上粘贴4种颜色卡纸，每一种卡纸对应仿真树冠的健康状态，其中绿色代表健康，黄色代表轻微虫害，灰色代表严重虫害，机器人经过D区时对树冠状态进行识别并播报，对患有轻微和严重虫害的树形进行不同量的喷药。E区和D区树形规则一样，只是树冠位置和方向可以随机摆放。最后机器人回到起始地点。

根据比赛规则，比赛过程中，机器人需要在没有白色引导线的A区、B区、C区、D区和E区能自主行驶并完成相应仿真植物的检测识别并喷药，在各区衔接路段依靠识别白色引导线向前行驶。能完成整个比赛任务，除了机械结构设计以外，还需根据比赛任务设计控制系统，否则，机器人不能够自主完成任务。

目前的实验设备，特别是高等教育的实验设备，针对教学竞赛环节开发的实验设备较少，刚开始参加竞赛的学生，概念比较模糊，所以有必要开发相关的教学竞赛用喷药机器人，对学生参赛进行引导。

发明内容

为了解决上述存在的技术问题，本发明设计了一种教学竞赛用喷药机器人的控制系统，具有机器人行驶避障、行走控制、目标检测、喷药控制和电源控制功能，从而实现仿真植物检测识别并语音播报和喷头旋转喷药、定点喷药、变量喷药等比赛任务要求。

为了解决上述存在的技术问题，本发明采用了以下方案：

一种教学竞赛用喷药机器人的控制系统，包括主控模块，所述主控模块分别与行驶避障模块、行走控制模块、目标检测模块、喷药控制模块、电源控制模块连接。

进一步，所述主控模块包括上位机和下位机，上位机相应引脚接收所述目标检测模块的信息输出；上位机相应引脚输出控制所述喷药控制模块的控制信息；下位机相应引脚接收所述行驶避障模块输出的信息，下位机相应引脚输出控制行走控制模块的控制信息，同时下位机相应引脚接收行走控制模块输出的信息。

进一步，所述行驶避障模块包括左高层避障光电开关传感器、右高层避障光电开关传感器、左底层避障光电开关传感器和右底层避障光电开关传感器，所有避障光电开关传感器的信号输出与所述主控模块的下位机相应引脚连接。