[发明专利]一种基于ROS的跑步运动员训练陪伴机器人

权利要求书

1.一种基于ROS的跑步运动员训练陪伴机器人，包括硬件和软件，其特征在于：

所述硬件包括底座、转动装置、主控设备和传感器设备，所述转动装置包括前驱动轮、后从动轮、电机、舵机和电子调速器，所述前驱动轮和后从动轮分别安装在底座的前端和后端，所述前驱动轮与后从动轮通过转轴传动连接，所述电机安装在底座前端用以驱动所述前驱动轮，所述前驱动轮和后从动轮上均连接有舵机，所述舵机的输出轴上设有平衡板，所述平衡板两端均固定连接有弹簧，所述舵机与主控设备电连接，所述电子调速器安装所述底座上，所述电子调速器分别与电机和主控设备电连接；

所述主控设备包括工控机和底层控制器，所述工控机和所述底层控制器均安装在底座上，所述工控机与所述底层控制器进行传输连接，所述底层控制器通过采集所述传感器设备的数据解算出机器人当前的姿态和实际的速度，并将姿态数据和实际速度上传给工控机，所述工控机与所述舵机电连接，所述底层控制器与电子调速器电连接；

所述传感器设备包括第一摄像头、第二摄像头、激光雷达、光电编码器和驱动电源，所述第一摄像头、第二摄像头和激光雷达均与所述工控机电连接，所述第一摄像头位于底座的前端，所述底座上设有支架，所述第二摄像头和激光雷达均设置在所述支架上，所述光电编码器安装在底座上，所述光电编码器与所述底层控制器电连接；所述驱动电源设置在所述底座的侧面，所述驱动电源分别与所述工控机和底层控制器电连接；

所述软件包括自动行驶功能模块、机器人与运动员同步运行功能模块、数据保存功能模块、塑胶跑道数据处理模块、激光雷达数据处理模块和PID调节模块；所述自动行驶功能模块分别与所述第一摄像头、第二摄像头、激光雷达传输连接，所述自动行驶功能模块用于接收第一摄像头、第二摄像头拍摄并处理后的数据以便控制机器人沿塑胶跑道按设定的速度自动行驶；所述机器人与运动员同步运行功能模块与所述自动行驶功能模块连接，所述机器人与运动员同步运行功能模块用于控制跑步运动员训练陪伴机器人与运动员保持同步行驶；所述数据保存功能模块与所述塑胶跑道数据处理模块连接，所述数据保存功能模块用于将第一摄像头拍摄获取的塑胶跑道图像处理并保存，所述塑胶跑道数据处理模块用于将第二摄像头拍摄获取的塑胶跑道图像处理并保存；所述激光雷达数据模块与所述机器人与运动员同步运行功能模块连接，所述激光雷达数据模块用于处理激光雷达获取运动员与机器人距离的数据并反馈给所述机器人与运动员同步运行功能模块；所述PID调节模块与所述工控机块连接，所述PID调节模块用于调节所述工控机反馈回来的前驱动轮速度。

2.根据权利要求1所述的一种基于ROS的跑步运动员训练陪伴机器人,其特征在于：所述底层控制器与工控机采用TTL串口通信方式，使用CP2102作为串口通信芯片。

3.根据权利要求2所述的一种基于ROS的跑步运动员训练陪伴机器人,其特征在于：所述底层控制器使用ISP方式下载程序，并在所述串口通信芯片的电路基础上增加串口一键下载电路。

4.根据权利要求1所述的一种基于ROS的跑步运动员训练陪伴机器人,其特征在于：还包括报警器、第一差动齿轮箱、以及第二差动齿轮箱，所述报警器设在所述底座上，所述报警器与驱动电源电连接；所述第一差动齿轮箱设在所述底座前部用于控制前驱动轮，所述第二差动齿轮箱设在所述底座后部用于控制后从动轮。

5.根据权利要求1所述的一种基于ROS的跑步运动员训练陪伴机器人,其特征在于：所述自动行驶功能模块在控制陪伴机器人沿塑胶跑道自动的行驶过程包括以下步骤：

A1.先设定机器人沿塑胶跑道的行驶速度；

A2.通过所述第一摄像头拍摄的图像，对跑道数据进行处理；

A3.观察机器人是否冲出跑道，若机器人没冲出跑道，执行步骤A4，若机器人冲出跑道，将速度设置为1m/s，执行步骤A5；

A4.若塑胶跑道数据处理模块中输出的斜率为0，保持机器人行驶；若斜率不为0，执行步骤A5；

A5.调整舵机转向，执行步骤A6；

A6.采用PID调节模块调整电机输出使斜率为0。