[发明专利]一种微型智能机器人

说明书

本发明涉及机器人技术领域，具体涉及一种微型智能机器人。机器人的发展趋势是智能化、微型化，实现以上两点需要稳定可靠的硬件平台。本发明提出的一种微型智能机器人对系统硬件的四个核心组件：动力系统、微控制器外围电路、红外距离传感器与惯性测量单元进行设计，这些硬件单元的设计实现为实现特定用途机器人的目标功能打下了良好的基础。

技术领域

本发明属于机器人技术领域，具体涉及一种微型智能机器人。

背景技术

机器人具备代替人类从事诸多危险工作的能力，如地下勘探、深海取样、抢险救援与太空探索等；随着电子、通信、计算机技术的进一步发展，一些小型化、智能化的机器人将越来越多地参与到物流运输、救援抢险、医疗、家政与其他社会公共服务工作中。20世纪70至80年代，工业机器人的迅速发展促进了经济的快速发展，工业生产的效率得到了极大的提高，在此期间，微型智能机器人主要以步进电机驱动，以Z80等计算机作为控制器，使用机械开关感知环境；到90年代，嵌入式技术逐步得到发展，机器人控制器转换为i386EX 等处理器，并采用超声波、红外等非接触检测方式进行环境感知，体积减小，运行速度得到了很大提升。近年来基于ARM核心的微控制器性能飞速发展，使得微型智能机器人可以运行更加复杂的搜索、控制算法。

新型高性能微控制器，高效率直流微电机与MEMS微机电系统传感器的出现使得机器人小型化、智能化成为可能，基于这些新型器件进行微型智能机器人的开发具有很大的发展潜力。智能化在机器人设计中占据越来越重要的地位。

发明内容

本发明提出一种微型智能机器人，该智能机器人具备环境感知能力。

所述微型智能机器人，包括动力装置、微控制器及外围电路、红外测距传感器和惯性测量单元。

动力装置，包括电机、传动结构和电机驱动电路。传动结构采用四轮驱动结构，使用两侧轮子的差速进行转向；电机驱动电路控制直流电机转速与方向的调整，并提供刹车能力。

微控制器及外围电路，包括微控制器、微控制器外围电路、交互与调试接口和外扩非易失存储器。

微控制器，用于对机器人各功能组件进行控制协调，包括运行电机驱动、红外测距、惯性测量单元数据处理等算法。

微控制器外围电路，包括有源晶振、模拟电源(AVDD)与数字电源(DVDD)。其中数字电源(DVDD)用于给芯片数字核心供电，模拟电源(AVDD)用于供应 ADC与内部锁相环。

交互与调试接口，包括串行调试总线(Serial Wire Debug，SWD)和通用异步串行口(UART)。其中机器人静止时，微控制器可以使用串行调试总线(Serial Wire Debug，SWD)进行调试与程序下载；机器人在运行中使用通用异步串行口(UART) 连接至无线模块，使用计算机等设备对来自机器人的信息进行接收。

外扩非易失存储器，存储用于机器人调整的设定参数和环境信息。

红外测距传感器：包括非调制的红外传感器，用于测量机器人距离障碍物的距离。

惯性测量单元，包含偏航角速度陀螺仪和双轴加速度计。偏航角速度陀螺仪用于精准测量机器人在平面内的航向角，用于准确转弯，并辅助机器人直线行走；双轴加速度计主要用于对侧滑、碰撞等信息的检测，以及对速度信息的融合。

进一步，微控制器通过改变脉冲宽度调制(PWM)信号的占空比控制电机的输出功率。

进一步，微型智能机器人有6个红外测距传感器。

进一步，电机驱动电路控制采用比例-积分-微分控制，控制信号为脉冲宽度调制信号。

进一步，双轴加速度计为双轴±1.7g加速度计。

进一步，红外测距传感器为非调制的红外传感器。