四轮式室内移动机器人发明专利说明书.pdf

说 明 书 四轮式室内移动机器人 技术领域 本发明的技术方案涉及机器人，具体地说是四轮式室内移动机器人。 背景技术 移动机器人技术是机器人技术中的一个重要分支，它的研究始于二十世纪六十年代， 其主要目标是研究应用人工智能技术，在复杂环境下系统地自主推理、规划和控制。自主 式移动机器人是具有高度的自规划、自组织和自适应能力，适合于在复杂的环境中工作的 一种智能机器人，具有模型不确定性、系统的高度非线性和控制的复杂性。 地面移动机器人在环境中无约束的运动需要一个具有优异性能的移动平台，机器人的 运动机构则是机器人移动平台的一个重要组成部分，它直接影响到机器人运动的稳定性、 灵活性和可操作性。因此，合理选择和设计机器人的运动机构是移动机器人设计的一个重 要方面。一般来讲，地面移动机器人的运动机构主要有3种：轮式移动机构、履带式移动 机构和腿足式移动机构。 轮式移动机构通常应用于室内移动机器人，该运动机构采用车辆人造工艺技术，结构 相对简单，非常适合于相对平坦的地面。轮式移动机器人是移动机器人中应用最多的一种， 在相对平坦的地面上，车轮式移动方式具有相当的优势。与其他形式的移动机器人相比， 轮式移动机器人具有机械结构简单、运动灵活度大、操作性能好和能量利用率高的优点， 因此轮式移动机器人的应用领域最为广泛。轮式移动机器人是最重要、最常见的一类移动 机器人。 发明内容 本发明所要解决的技术问题是：提供四轮式室内移动机器人，安装有两个独立的采用 带有霍尔效应传感器的轮毂式直流无刷电机作为驱动电机的驱动轮，驱动轮与驱动电机构 成一体，其控制器采用工作于双极模式下的全桥PWMDC/DC变换器来驱动直流无刷电机， 克服了现有技术中直流有刷电机换向速度慢、噪声较大和电机长期处于磨损状态会导致容 易损坏的缺点。 本发明解决该技术问题所采用的技术方案是：四轮式室内移动机器人，包括底盘、两 个驱动轮、两个万向轮、控制器和锂电池；其中，两个驱动轮分别安置在底盘左右两侧的 缺口处，两个万向轮分别安置在底盘前后，四个轮子的安装中心在水平平面上位于同一圆 周，控制器和锂电池置于底盘面上；所述的两个驱动轮均是独立的采用带有霍尔效应传感 器的轮毂式直流无刷电机作为驱动电机的驱动轮；控制器是采用工作于双极模式下的全桥 1 PWMDC/DC变换器来驱动直流无刷电机的控制器，该控制器包括硬件部分和软件部分，其 中硬件部分由信号采集/处理电路和驱动电路两部分构成，软件部分包括信号采集/处理程 序、驱动控制程序、过流保护程序、CAN通信程序和差速控制程序。 上述四轮式室内移动机器人，所述两个驱动轮均是8寸的轮毂式驱动轮。 上述四轮式室内移动机器人，所述两个万向轮是3寸的聚氨酯万向轮。 上述四轮式室内移动机器人，所述锂电池是24V的锂电池。 上述四轮式室内移动机器人，所述控制器的硬件部分中的信号采集/处理电路由霍尔 位置信号采集/处理电路和霍尔电流信号采集/处理电路两部分构成；其中，霍尔位置信号 采集/处理电路包括三个10K的电阻R22、R72和R73，三个2K的电阻R9、R10和R11，及 三个0.01uf的电容C5、C6和C7，电阻R22 的一端接+5V，电阻R22 的另一端接电阻R9， 并接出信号线HALL1a，电阻R9 的另一端接电容C5，并接出信号先HALL1ain，电容C5 的 另一端接地，电阻R72 的一端接+5V，电阻R72 的另一端接电阻R10，并接出信号线HALL1b， 电阻R10 的另一端接电容C6，并接出信号先HALL1bin，电容C6 的另一端接地，电阻R73 的一端接+5V，电阻R73 的另一端接电阻R11，并接出信号线HALL1c，电阻R11 的另一端 接电容C7，并接出信号先HALL1cin，电容C7 的另一端接地，其中，HALLain、HALLbin、 HALLcin为电机的霍尔位置信号线，HALLa、 HALLb、 HALLc接DSP 的捕捉引脚；霍尔电 流信号采集/处理电路包括四个ACS712 电流传感器U11、U12、U13和U14，四个100pf的 电容C49、C50、C51和C52，四个5.1K的电阻R32、R62、R65和R67，四个1nf的电容 C53、C54、C55和C56，及四个10K的电阻R68、R69、R70和R71，U11 的1和U