一種機(jī)器人全自動運(yùn)水的方法和運(yùn)水機(jī)器人系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及智能機(jī)器人領(lǐng)域，具體涉及一種機(jī)器人全自動運(yùn)水的方法。
[0002] 本發(fā)明還涉及一種運(yùn)水系統(tǒng)，尤其是無黑色引導(dǎo)線也可以循跡的運(yùn)水機(jī)器人系 統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0003] 目前，關(guān)于運(yùn)水機(jī)器人的報(bào)道，只限于學(xué)生的課外制作或參加電子競賽，它們通常 都以MCS51單片機(jī)為控制核心，通常的數(shù)據(jù)傳輸方式是有線方式。如若通信雙方通過無線 進(jìn)行通信，并控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)執(zhí)行動作，則通信雙方通常都采用單片機(jī)來控制完成無線通信 和動作執(zhí)行。
[0004] 傳統(tǒng)的運(yùn)水機(jī)器人循跡方法，通常采用紅外光電循跡傳感器，在黑色引導(dǎo)線引導(dǎo) 下，進(jìn)行紅外光電循跡。這種方法，受光線影響很大，在光線強(qiáng)烈的地方，無法正常循跡。
[0005] 傳統(tǒng)的運(yùn)水機(jī)器人在偏離軌跡時，采用機(jī)器人往左偏，輪子往右打；機(jī)器人往右 偏，輪子往左打。控制方法是一種定性的控制方法。這種定性的技術(shù)，無法準(zhǔn)確控制機(jī)器人 在道路上行駛，機(jī)器人容易跑出道路，尤其當(dāng)速度快時，更易沖出道路。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的是針對上述問題，提出一種機(jī)器人全自動運(yùn)水的方法和運(yùn)水機(jī)器人 系統(tǒng)。
[0007] 本發(fā)明的技術(shù)方案是：
[0008] 一種機(jī)器人全自動運(yùn)水的方法，機(jī)器人過彎道時通過計(jì)算機(jī)器人本體的前輪當(dāng)前 應(yīng)偏轉(zhuǎn)的角度β和速度V對機(jī)器人行走進(jìn)行定量控制：
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種機(jī)器人全自動運(yùn)水的方法，其特征在于機(jī)器人過彎道時通過計(jì)算機(jī)器人本體的 前輪當(dāng)前應(yīng)偏轉(zhuǎn)的角度β和速度V對機(jī)器人行走進(jìn)行定量控制：
其中：ΛΧ為測得的機(jī)器人本體在At時間內(nèi)的橫向偏移量，Ay為測得的機(jī)器人本體 在At時間內(nèi)的縱向偏移量，d為已知的機(jī)器人本體的前車軸與后車軸的垂直距離。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種機(jī)器人全自動運(yùn)水的方法，其特征在于機(jī)器人運(yùn)水包括 以下步驟： (1) 操作者通過無線遙控器發(fā)出指令，機(jī)器人系統(tǒng)接收指令并啟動取水； (2) 機(jī)器人本體前部的電磁感應(yīng)線圈傳感器感應(yīng)道路中間預(yù)埋電磁循跡線產(chǎn)生的交變 磁場，通過電磁感應(yīng)線圈傳感器計(jì)算機(jī)器人本體在Δ?時間內(nèi)的橫向偏移量Δχ，基于Δ X 并通過測速傳感器計(jì)算機(jī)器人本體在At時間內(nèi)的縱向前進(jìn)量Ay; (3) 機(jī)器人基于Δ?、Δχ、Ay，通過下式計(jì)算機(jī)器人本體的前輪當(dāng)前應(yīng)偏轉(zhuǎn)的角度β 和速度V :
其中d為機(jī)器人本體的前車軸與后車軸的垂直距離； (4) 基于步驟3求得的β值，機(jī)器人進(jìn)行判斷： 當(dāng)I β I < 6°時，判斷機(jī)器人當(dāng)前在直道上，舵機(jī)不打角，機(jī)器人不轉(zhuǎn)彎；控制行走電 機(jī)提速至直道最大速度； 當(dāng)I β I >6°時，判斷機(jī)器人當(dāng)前在彎道上或偏離電磁循跡線，控制舵機(jī)打β角，機(jī)器 人轉(zhuǎn)彎，當(dāng)Λ χ〈〇,舵機(jī)往左打角，機(jī)器人往左轉(zhuǎn)，當(dāng)Λ χ>〇,舵機(jī)往右打角，機(jī)器人往右轉(zhuǎn)； 控制行走電機(jī)降速至步驟（3)中求得的速度V值； (5) 機(jī)器人本體重復(fù)步驟（2)-(4)進(jìn)行自動定量地識別路徑，在道路上前進(jìn)； (6) 位于機(jī)器人本體底部的干簧管與道路終點(diǎn)處的永久磁鐵磁感應(yīng)，機(jī)器人停止前 進(jìn)； (7) 機(jī)器人控制水箱上升至預(yù)設(shè)高度； (8) 機(jī)器人與給水裝置通過紅外通信模塊建立連接，機(jī)器人發(fā)出開啟注水的紅外信 號； (9) 給水裝置接收開啟注水的紅外信號后，打開電磁水閥，將水注入機(jī)器人的水箱； (10) 水箱內(nèi)的水位傳感器檢測到水位到達(dá)預(yù)設(shè)水位，發(fā)送結(jié)束注水的紅外信號； (11) 給水裝置接收結(jié)束注水的紅外信號后，關(guān)閉電磁水閥，取水完畢； (12) 機(jī)器人控制水箱下降至原位； (13) 機(jī)器人本體重復(fù)步驟（2)-(4)進(jìn)行自動定量地識別路徑，在道路上返回； (14) 位于機(jī)器人本體底部的干簧管與道路起始處的永久磁鐵磁感應(yīng)，機(jī)器人停止前 進(jìn)； (15) 機(jī)器人本體控制安裝在水箱中的抽水泵抽水至存水裝置。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的任一種機(jī)器人全自動運(yùn)水的方法，其特征在于橫向偏移 量ΔΧ是通過三個呈一橫排排列、安裝在機(jī)器人本體的前部并且橫排方向與機(jī)器人前進(jìn)方 向垂直的電磁感應(yīng)線圈傳感器測量計(jì)算而得；其中，第一電磁感應(yīng)線圈傳感器設(shè)置在中間， 第二、三電磁感應(yīng)線圈傳感器等距離分設(shè)在兩端；測量方法為：沿著與寬度為w的機(jī)器人行 走的道路相互垂直的方向，每隔Aw，采集第一電磁感應(yīng)線圈傳感器的感應(yīng)電壓ADl i,從這 些數(shù)據(jù)中，獲得第一電磁感應(yīng)線圈傳感器的感應(yīng)電壓中的最大值maxl、最小值mini，據(jù)此， 求出： 第一電磁感應(yīng)線圈傳感器的感應(yīng)電壓輸出相對值： ADlir= (ADI「mini) / (maxl-minl) *100 (i = 1，2，…，w/Δ w+1) 第一電磁感應(yīng)線圈傳感器的感應(yīng)電壓輸出最大相對值： ADlmaxr = (maxl-minl)/(maxl-minl)*100 = 100 橫向偏移量Δχ的計(jì)算公式： 用ADl表示機(jī)器人前進(jìn)過程中第一電磁感應(yīng)線圈傳感器測得的即時感應(yīng)電壓；用AD込 表不第一電磁感應(yīng)線圈傳感器的即時感應(yīng)電壓輸出相對值： ADlr= (ADl-minl)/(maxl-minl) *100 (I) Δ χ的大?。? Δχ| = KO (ADlmaxr-ADlr)+Kl 其中，常數(shù)KO和Kl確定方法：根據(jù)以上采集到的w/ Λ w+1個感應(yīng)電壓ADli,以及每次 采集數(shù)據(jù)時實(shí)際對應(yīng)的ΔΧ?，使得?Ι?Δχ, |-IC0(ADlma AD1,,.)-K1)2達(dá)到最小值，即 i=\ 可以獲得常數(shù)KO和Kl的值（i = 1，2，...，w/Aw+l); (II) Δ χ的正負(fù)號： (i) 當(dāng)左側(cè)第二電磁感應(yīng)線圈傳感器的電感量大則：Δχ = - | Δχ| ; (ii) 當(dāng)右側(cè)第三電磁感應(yīng)線圈傳感器的電感量大則：Δ χ = I Δ χ I。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的任一種機(jī)器人全自動運(yùn)水的方法，其特征在于機(jī)器人對 速度檢測并進(jìn)行判斷： 當(dāng)目標(biāo)速度減實(shí)際速度的差值超過預(yù)先設(shè)定的△ Vmax時，對行走電機(jī)輸入正轉(zhuǎn)最大 占空比的PWM波； 當(dāng)目標(biāo)速度減實(shí)際速度的差值存在但未超過預(yù)先設(shè)定的AVmax時，對行走電機(jī)輸入 PWM控制信號：DrivingMotorOutput = DrivingMotorOutput+(int) (pi氺（error_prel_erro r) +p2* (error) +p3* (error_2*prel_error+pre2_error))，其中，pl，p2 和 p3 是常數(shù)，error 是本次速度檢測時目標(biāo)速度與實(shí)際速度的差值，prelerror是上一次速度檢測時目標(biāo)速度 與實(shí)際速度的差值，pre2_error是上兩次速度檢測時目標(biāo)速度與實(shí)際速度的差值。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種機(jī)器人全自動運(yùn)水的方法，其特征在于所述Δ vmax = 38編碼器脈沖個數(shù)/5ms，最大占空比=58 %。
6. -種用于實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1所述機(jī)器人全自動運(yùn)水方法的運(yùn)水機(jī)器人系統(tǒng)，其特征是 它包括機(jī)器人、給水裝置和機(jī)器人行走的道路； 機(jī)器人包括機(jī)器人本體及布置其上的升降臺、抽水泵、電機(jī)、電機(jī)驅(qū)動模塊、舵機(jī)、水 箱、水位傳感器、第一 MCU、干簧管、無線收發(fā)裝置、電磁感應(yīng)線圈傳感器、測速傳感器和第一 紅外通信模塊，所述電機(jī)分為控制抽水泵的抽水泵電機(jī)、控制升降臺的升降臺電機(jī)、控制機(jī) 器人行走的行走電機(jī)，三者均由第一 MCU控制，其中行走電機(jī)有兩個，分別安裝在機(jī)器人本 體的兩側(cè)，用于驅(qū)動機(jī)器人行進(jìn)；所述的電磁感應(yīng)線圈傳感器安裝在機(jī)器人本體的前部，感 應(yīng)由道路中心電磁循跡線產(chǎn)生的交變磁場，電磁感應(yīng)線圈傳感器的信號輸出端與第一 MCU 的信號輸入端相連；所述的舵機(jī)用于控制機(jī)器人轉(zhuǎn)彎；所述的測速傳感器安裝在行走電機(jī) 之上以檢測機(jī)器人前進(jìn)距離；所述的水箱安裝在升降臺的上方；所述抽水泵能夠從水箱中 抽水至外部儲水裝置；所述的水位傳感器安裝在水箱內(nèi)，用于檢測水位，水位傳感器的檢測 信號輸出端與第一 MCU的檢測信號輸入端相連，第一 MCU的控制信號輸出端與第一紅外通 信模塊的信號輸入端相連；所述的第一紅外通信模塊安裝在機(jī)器人本體的前部，用于與帶 有第二紅外通信模塊的給水裝置進(jìn)行通信；所述的干簧管安裝到機(jī)器人底部，與安裝在機(jī) 器人行走的道路起點(diǎn)、終點(diǎn)處的永久磁鐵磁感應(yīng)連接，用于到位檢測，所述的干簧管的檢測 信號輸出端與第一 MCU的控制信號輸入端相連；所述的無線收發(fā)裝置與操作者手持的遙控 器進(jìn)行無線連接，該無線收發(fā)裝置與第一 MCU雙向連接，當(dāng)操作者按動遙控器的啟動按鈕， 啟動機(jī)器人系統(tǒng)自動運(yùn)水； 給水裝置包括給水桶、安裝在給水桶外壁上的第二紅外通信模塊，安裝在給水桶底部 的電磁水閥和第二MCU，所述的第二MCU的控制信號輸出端與電磁水閥的控制信號輸入端 相連，第二MCU與第二紅外通信模塊相連，第二紅外通信模塊與機(jī)器人的第一紅外通信模 塊無線連接，進(jìn)行放水和停止放水的操作； 機(jī)器人行走的道路中心埋置了電磁循跡線，能夠產(chǎn)生交變磁場；在該道路的終點(diǎn)處和 起始處，安裝了永久磁鐵，用于與機(jī)器人底部的干簧管磁感應(yīng)連接。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種運(yùn)水機(jī)器人系統(tǒng)，其特征是電磁水閥為零壓差起動電磁 水閥。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種運(yùn)水機(jī)器人系統(tǒng)，其特征在于所述的升降臺包括上臺 板、下底板、剪叉架、旋轉(zhuǎn)軸、升壓模塊、電機(jī)驅(qū)動模塊和升降臺電機(jī)，所述的升壓模塊的信 號輸入端與電源連接，升壓模塊的輸出端通過電機(jī)驅(qū)動模塊為升降臺電機(jī)供電，所述的升 降臺電機(jī)的輸出軸連接旋轉(zhuǎn)軸的一端，旋轉(zhuǎn)軸的另一端連接剪叉架，下底板安裝在剪叉架 的底部，上臺板安裝在剪叉架的頂部，水箱安裝在上臺板上。
9. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種運(yùn)水機(jī)器人系統(tǒng)，其特征在于所述抽水泵電機(jī)、升降臺 電機(jī)、行走電機(jī)的控制信號輸入端經(jīng)相對應(yīng)的驅(qū)動模塊，與第一 MCU相對應(yīng)的控制信號輸 出端相連，抽水泵電機(jī)、升降臺電機(jī)、行走電機(jī)均通過電機(jī)驅(qū)動模塊被第一 MCU驅(qū)動，其中 抽水泵電機(jī)的驅(qū)動模塊是三極管驅(qū)動電路，升降臺電機(jī)和行走電機(jī)的驅(qū)動模塊為H橋驅(qū)動 電路；第一 MCU的輸出信號通過H橋驅(qū)動行走電機(jī)旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人本體的行走；通過H橋 驅(qū)動升降臺電機(jī)旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)升降臺的升降；通過三極管驅(qū)動抽水泵電機(jī)旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)抽水；舵 機(jī)的控制信號輸入端，直接與第一 MCU相對應(yīng)的控制信號輸出端相連，第一 MCU直接驅(qū)動舵 機(jī)打角，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人本體的轉(zhuǎn)彎。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種運(yùn)水機(jī)器人系統(tǒng)，其特征在于所述的電磁感應(yīng)線圈傳 感器為三個，呈一橫排安裝在機(jī)器人本體的前部，與機(jī)器人前進(jìn)方向垂直。
【專利摘要】一種機(jī)器人全自動運(yùn)水的方法和運(yùn)水機(jī)器人系統(tǒng)，系統(tǒng)包括機(jī)器人、機(jī)器人行走的道路和給水裝置；機(jī)器人行走的道路中心埋置了電磁循跡線，能夠產(chǎn)生交變磁場；機(jī)器人感應(yīng)由電磁循跡線產(chǎn)生的交變磁場來識別路徑。整個運(yùn)水過程全自動化：機(jī)器人自動啟動、機(jī)器人自動識別路徑、水箱自動升降、機(jī)器人與給水裝置間自動無線通信、給水裝置自動給水、水箱自動儲水、水位自動檢測、機(jī)器人自動往返、機(jī)器人自動停止。機(jī)器人全自動運(yùn)水的方法在機(jī)器人過彎道時通過計(jì)算機(jī)器人本體的前輪當(dāng)前應(yīng)偏轉(zhuǎn)的角度β和速度v對機(jī)器人行走進(jìn)行定量控制，控制精準(zhǔn)，機(jī)器人不會偏離引導(dǎo)線，行進(jìn)速度快。這種技術(shù)不受光線影響，不論光線如何變化都能正常循跡。
【IPC分類】G05D1-02
【公開號】CN104656652
【申請?zhí)枴緾N201510005763
【發(fā)明人】王峰
【申請人】溫州大學(xué)
【公開日】2015年5月27日
【申請日】2015年1月5日