技术领域
[0001] 本
发明涉及移动
机器人领域中的移动底盘控制技术，具体地，涉及一种通用移动底盘控制系统。
背景技术
[0002] 在
移动机器人领域中，移动底盘是其中最核心部件。而移动底盘常见的导航方式有磁导航、惯性导航、激光导航、视觉导航等多种导航方式。不同的导航方式采用的
传感器也不一样，有磁导航传感器、
陀螺仪、激光扫描测距仪、
双目视觉等。这些传感器的
接口方式多种多样，有总线型的，也有模拟量输出的，即使同一类传感器，不同公司生产的产品接口方式也多样。同时，移动底盘大多采用轮式驱动，驱动
电机有多种，比如步进电机、直流有刷电机以及直流无刷电机，并且根据负载不同，驱动功率也从十几瓦到一两百瓦不等。正由于传感器接口方式的多样和底盘驱动形式的多样，导致移动底盘产品的多样性和移动底盘控制系统的移植性不强、通用性不高。
[0003] 经过对
现有技术文献的检索发现，中国
申请号为201220347852.4，授权公告号为CN202641571U，名称为移动机器人通用模
块化轮式底盘的实用新型，给出了一种基于
四轮驱动和
超声波雷达防撞的移动机器人通用轮式底盘结构。中国申请号为201320389947.7，授权公告号为CN203331024U，名称为一种模块化通用轮式移动机器人的实用新型，给出了一种基于三轮式和底盘、托板、搭载板三层层叠互联的通用轮式移动机器人结构。两项
专利虽然都针对轮式移动机器人的通用性设计问题，但解决的都是结构设计的通用性和模块化，不能很好的解决由不同移动底盘传感器接口方式的多样和底盘驱动形式的多样带来的底盘控制系统的不通用问题，也就不能很好的满足各类移动机器人对底盘控制系统快速设计、快速开发和快速测试的要求。
发明内容
[0004] 针对现有技术中的
缺陷，本发明的目的是提供一种通用移动底盘控制系统，可以克服由不同移动底盘传感器接口方式的多样性和底盘驱动形式的多样性带来的底盘控制系统的不通用的问题。
[0005] 根据本发明提供的通用移动底盘控制系统，包括通用传感器接口模块、通用底盘控
制模块、通用电机驱动模块以及配置模块；
[0006] 其中，所述通用传感器接口模块通过所述通用底盘
控制模块连接所述通用电机驱动模块；所述配置模块连接所述通用底盘控制模块。
[0007] 优选地，所述通用传感器接口模块包括总线
通信接口单元、离散
信号接口单元和
模拟信号接口单元；
[0008] 其中，所述总线通信接口单元、所述离散信号接口单元和所述模拟信号接口单元以并联的方式连接所述通用电机驱动模块的传感器多路选择矩阵单元；
[0009] 总线通信接口单元用于连接总线输出型的传感器，离散信号接口单元用于连接输出为TTL电平或CMOS电平信号的传感器，模拟信号接口单元用于连接模拟量输出的传感器。
[0010] 优选地，所述的通用底盘控制模块包括传感器多路选择矩阵单元、多传感器信息融合单元、路径轨迹
跟踪单元、
驱动器多路选择矩阵单元、电机驱动控制单元和第一无线通信接口单元；
[0011] 其中，所述传感器多路选择矩阵单元依次通过所述多传感器信息融合单元、所述路径轨迹跟踪单元、所述驱动器多路选择矩阵单元连接所述电机驱动控制单元；
[0012] 所述传感器多路选择矩阵单元和所述驱动器多路选择矩阵单元分别通过所述第一无线通信接口单元连接所述配置模块。
[0013] 优选地，所述配置模块包括用户配置界面和第二无线通信接口单元；
[0014] 其中，所述第二无线通信接口单元通过所述第一无线通信接口单元连接所述传感器多路选择矩阵单元和所述驱动器多路选择矩阵单元。
[0015] 优选地，所述通用电机驱动模块包括步进电机驱动单元、直流有刷电机驱动单元、直流无刷电机驱动单元和永磁同步电机驱动单元；
[0016] 其中，所述步进电机驱动单元、所述直流有刷电机驱动单元、所述直流无刷电机驱动单元和所述永磁同步电机驱动单元以并联的方式连接电机驱动控制单元，接收电机驱动控制单元传输过来的
脉宽调制信号。
[0017] 优选地，所述用户配置界面用于生成传感器配置矩阵和
驱动电机配置矩阵；
[0018] 所述传感器配置矩阵通过多传感器信息融合技术实现通用传感器接口模块通用；
[0019] 驱动电机配置矩阵通过多类电机的驱动控制技术实现通用电机驱动模块的通用。
[0020] 优选地，所述总线通信接口单元包括有线通信接口和无线通信接口；
[0021] 所述有线通信接口包括串口、CAN总线和以太网中的任一种或任多种；所述无线通信接口包括WiFi模块、蓝牙模块和ZigBee模块中的任一种或任多种。
[0022] 优选地，所述通用电机驱动模块用于驱动移动底盘中选用的多种不同类型电机；多种不同类型电机包括步进电机、直流有刷电机、直流无刷电机和永磁同步电机。
[0023] 优选地，所述步进电机驱动单元包括相连的第一集成驱动芯片和MOS管搭建的H桥驱动
电路；所述直流有刷电机驱动单元包括相连的第二集成驱动芯片和MOS管搭建的H桥驱动电路；所述直流无刷电机驱动单元包括相连的第三集成驱动芯片和MOS管搭建的三相桥驱动电路；所述永磁同步电机驱动单元包括相连的第四集成驱动芯片和MOS管搭建的三相桥驱动电路；
[0024] 所述第一集成驱动芯片、所述第二集成驱动芯片、所述第三集成驱动芯片以及所述第四集成驱动芯片连接所述电机驱动控制单元。
[0025] 优选地，所述多传感器信息融合单元用于实时处理移动底盘多种传感器的信息融合，所述电机驱动控制单元用于多种不同类型移动底盘电机的数字驱动控制。
[0026] 与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
[0027] 1、本发明的
硬件系统中的处理器具有高速的计算能
力，其中，通过传感器接口模块配备了丰富的I/O接口模块支持，用户可以根据需要进行组合；
[0028] 2、本发明的
软件系统功能强大且使用方便，包含多传感器信息融合单元、路径轨迹跟踪单元、运动控制技术、多类电机的驱动控制单元和基于无线通信的用户配置界面；
[0029] 3、根据实际移动底盘相连的传感器和驱动电机，通过本发明可快速配置生成具备自主导航的移动底盘，从而很好的解决由不同移动底盘传感器接口方式的多样和底盘驱动形式的多样带来的底盘控制系统的不通用问题，也就很好的满足各类移动机器人对底盘控制系统快速设计、快速开发和快速测试的要求；
[0030] 4、本发明具有高度的集成性和模块性，允许用户根据需求来快速组建移动底盘产品，无论是软件还是硬件，都提供了多项选择。
附图说明
[0031] 通过阅读参照以下附图对非限制性
实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
[0032] 图1为本发明的结构示意图。
具体实施方式
[0033] 下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干
变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
[0034] 在本实施例中，本发明提供的通用移动底盘控制系统，包括通用传感器接口模块1、通用底盘控制模块2、通用电机驱动模块3以及配置模块4；
[0035] 其中，所述通用传感器接口模块1通过所述通用底盘控制模块2连接所述通用电机驱动模块3；所述配置模块4连接所述通用底盘控制模块2。
[0036] 所述通用传感器接口模块1包括总线通信接口单元11、离散信号接口单元12和模拟信号接口单元13；其中，所述总线通信接口单元11、所述离散信号接口单元12和所述模拟信号接口单元13以并联的方式连接所述通用电机驱动模块3的传感器多路选择矩阵单元21；总线通信接口单元11用于连接总线输出型的传感器，接收总线输出的各类传感器的实测数据，并传输至传感器多路选择矩阵单元；离散信号接口单元12用于连接输出为TTL电平或CMOS电平信号的传感器，接收TTL或CMOS电平信号输出的各类传感器的实测数据，并传输至传感器多路选择矩阵单元；模拟信号接口单元13用于连接模拟量输出的传感器，接收模拟量输出的各类传感器的实测数据，并传输至传感器多路选择矩阵单元。
[0037] 所述的通用底盘控制模块2包括传感器多路选择矩阵单元21、多传感器信息融合单元22、路径轨迹跟踪单元23、驱动器多路选择矩阵单元24、电机驱动控制单元25和第一无线通信接口单元26；其中，所述传感器多路选择矩阵单元21依次通过所述多传感器信息融合单元22、所述路径轨迹跟踪单元23、所述驱动器多路选择矩阵单元24连接所述电机驱动控制单元25；所述传感器多路选择矩阵单元21和所述驱动器多路选择矩阵单元24分别通过所述第一无线通信接口单元26连接所述配置模块4。
[0038] 更为具体地，传感器多路选择矩阵单元21连接第一无线通信接口单元26和多传感器信息融合单元22，接收通用传感器接口模块1传输过来的产品实际相连的多路
传感器数据，并根据通过第一无线通信接口单元26接收到的传感器配置矩阵，对多路传感器数据进行矩阵变换映射的预处理，再将处理后的数据传输至多传感器信息融合单元。多传感器信息融合单元22连接路径轨迹跟踪单元23，多传感器信息融合单元可以处理各类传感器的信息融合，具有较高的系统容错性和实时性，其对经由传感器多路选择矩阵后的每路传感器数据进行各自独立的特征提取和识别处理，获得每路传感器的估计信息，再根据判决准则对每路传感器的决策结果进行融合优化，最后得到多传感信息融合系统的决策结果，并传输至路径轨迹跟踪单元。路径轨迹跟踪单元23连接驱动器多路选择矩阵单元24，路径轨迹跟踪单元23接收多传感信息融合单元发送过来的目标点坐标信息、底盘坐标信息、障碍物信息以及电机旋转
角度测量信息，实现带避障约束的轨迹规划、速度闭环控制，控制量输出至驱动器多路选择矩阵单元24。驱动器多路选择矩阵单元24连接第一无线通信接口单元26和电机驱动控制单元25，电机驱动控制单元25的信号输出端连接通用电机驱动模块3，驱动器多路选择矩阵单元24根据通过无线通信接口单元接收到的驱动电机配置矩阵，将从路径轨迹跟踪单元接收到的控制量映射到电机驱动控制单元25相应的电机驱动控制
算法。电机驱动控制单元25可以实现步进电机、直流有刷电机、直流无刷电机和永磁同步电机的
电流闭环控制和产生相应电机所需的脉宽调制信号，并输出至通用电机驱动模块。步进电机驱动单元31、直流有刷电机驱动单元32、直流无刷电机驱动单元33和永磁同步电机驱动单元34接收通用底盘控制模块2的电机驱动控制单元25传输过来的脉宽调制信号。
[0039] 所述配置模块4包括用户配置界面42和第二无线通信接口单元41；其中，所述第二无线通信接口单元41通过所述第一无线通信接口单元26连接所述传感器多路选择矩阵单元21和所述驱动器多路选择矩阵单元24。用户配置界面42为图形界面。用户配置界面42以图形化界面的方式接收用户对通用移动底盘的传感器配置信息和驱动电机配置信息。
传感器配置信息包含与产品实际相连的传感器的通道序号、传感类型和传感参数。配置完成后，生成传感器配置矩阵和驱动电机配置矩阵，再通过第一无线通信接口单元26将传感器配置矩阵和驱动电机配置矩阵传输至通用底盘控制模块2。
[0040] 所述通用电机驱动模块3包括步进电机驱动单元31、直流有刷电机驱动单元32、直流无刷电机驱动单元33和永磁同步电机驱动单元34；其中，所述步进电机驱动单元31、所述直流有刷电机驱动单元32、所述直流无刷电机驱动单元33和所述永磁同步电机驱动单元34以并联的方式连接电机驱动控制单元25，接收电机驱动控制单元25传输过来的脉宽调制信号。
[0041] 所述用户配置界面用于生成传感器配置矩阵和驱动电机配置矩阵；所述传感器配置矩阵通过多传感器信息融合技术实现通用传感器接口模块1通用；驱动电机配置矩阵通过多类电机的驱动控制技术实现通用电机驱动模块3的通用。
[0042] 所述总线通信接口单元11包括有线通信接口和无线通信接口；所述有线通信接口包括串口、CAN总线和以太网中的任一种或任多种；所述无线通信接口包括WiFi模块、蓝牙模块和ZigBee模块中的任一种或任多种。
[0043] 所述通用电机驱动模块用于驱动移动底盘中选用的多种不同类型电机；多种不同类型电机包括步进电机、直流有刷电机、直流无刷电机和永磁同步电机。
[0044] 所述步进电机驱动单元31包括相连的第一集成驱动芯片和MOS管搭建的H桥驱动电路；所述直流有刷电机驱动单元32包括相连的第二集成驱动芯片和MOS管搭建的H桥驱动电路；所述直流无刷电机驱动单元33包括相连的第三集成驱动芯片和MOS管搭建的三相桥驱动电路；所述永磁同步电机驱动单元34包括相连的第四集成驱动芯片和MOS管搭建的三相桥驱动电路；所述第一集成驱动芯片、所述第二集成驱动芯片、所述第三集成驱动芯片以及所述第四集成驱动芯片连接所述电机驱动控制单元25。
[0045] 具体为，步进电机驱动单元31接收通用底盘控制模块2的电机驱动控制单元25传输过来的步进电机脉宽调制信号，经由第一集成驱动芯片和MOS管搭建的H桥驱动电路，可以用来实现步进电机的驱动。直流有刷电机驱动单元32接收通用底盘控制模块2的电机驱动控制单元25传输过来的有刷电机脉宽调制信号，经由第二集成驱动芯片和MOS管搭建的H桥驱动电路，可以用来实现直流有刷电机的驱动。直流无刷电机驱动单元33接收通用底盘控制模块2的电机驱动控制单元25传输过来的无刷电机脉宽调制信号，经由第三集成驱动芯片和MOS管搭建的三相桥驱动电路，可以用来实现直流无刷电机的驱动。永磁同步电机驱动单元34接收通用底盘控制模块2的电机驱动控制单元25传输过来的永磁同步电机脉宽调制信号，经由第四集成驱动芯片和MOS管搭建的三相桥驱动电路，可以用来实现永磁同步电机的驱动。
[0046] 本发明提供的通用移动底盘控制系统，还包括多传感器信息融合单元和电机驱动控制单元；其中，所述多传感器信息融合单元用于实时处理移动底盘多种传感器的信息融合，所述电机驱动单元用于多种不同类型移动底盘电机的数字驱动控制。
[0047] 在本实施例中，本发明硬件上可以兼容不同接口的底盘传感器和驱动电机，软件上通过配置界面配置生成传感器配置矩阵和驱动电机配置矩阵，再通过多传感器信息融合技术和多类电机的驱动控制技术实现软件层面的通用性，解决了由不同移动底盘传感器接口方式的多样和底盘驱动形式的多样带来的底盘控制系统的不通用问题，很好的满足各类移动机器人对底盘控制系统快速设计、快速开发和快速测试的要求。
[0048] 以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在
权利要求的范围内做出各种变形或
修改，这并不影响本发明的实质内容。
