一种基于嵌入式的变色移动机器人的制作方法
专利名称:一种基于嵌入式的变色移动机器人的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供一种基于嵌入式的变色移动机器人，包括：主控制器模块、传感器检测模块、RGB LED灯板模块、电机驱动模块。通过白色LED灯照亮地面，然后TCS3200颜色传感器测量地面的红，绿，蓝三个颜色所占的比例来得到地面颜色数值。之后经过白平衡调整红，绿，蓝三色的敏感度，再经过三基色LED偏色修正处理和光敏电阻测得的亮度值共同得出三基色LED红，绿，蓝三个颜色通道的PWM占空比数值。最后输出PWM波至相应的颜色通道就实现了控制三基色LED的颜色以及亮度。本实用新型有效的增加了移动机器人的多样性，提高了移动机器人的利用率。
【专利说明】
一种基于嵌入式的变色移动机器人
技术领域
[0001]本实用新型涉及本发明涉及移动机器人领域，具体涉及一种基于嵌入式的变色移动机器人。
【背景技术】
[0002]机器人泛指一种能够实现某种自动控制功能的机电装置，移动机器人则是机器人研究的重要一环。现今很多移动机器人的功能都不够丰富，不够独特，总是在重复相同功能的开发。一般说到移动机器人就会想到双轮自平衡，避障，巡线，灭火等，但是除此之外就很少看到有人制作拥有其他独特功能的移动机器人了。而变色移动机器人所要解决的正是移动机器人功能不够丰富的问题。本实用新型变色移动机器人是为模仿变色龙的迷彩和变色功能，以及提供一种新的机器人功能，使别人能够开发出更加独特的机器人。有效的增加了机器人的多样性，提高了机器人的利用率。
【实用新型内容】
[0003]本实用新型的目的在于提供一种基于嵌入式的变色移动机器人，以解决现有技术中导致的上述多项缺陷。
[0004]—种基于嵌入式的变色移动机器人，包括:
[0005]主控制器模块，用于传感器信号的处理、判断，各种控制信号的发出以及对整个系统的监控；
[0006]传感器检测模块，它的输出端与所述主控制器模块相连接，用于实现避障检测、测量地面的红，绿，蓝三个颜色所占的比例来得到地面颜色数值；
[0007]RGB LED灯板模块，它与所述主控制器模块相连接，用于光源的产生、调节变色所要求的亮度，发光角度，以及像素；
[0008]电机驱动模块，它与所述主控制器模块相连，主要由驱动芯片L298N和直流电机等构成，根据主控制器的指令对机器人进行启动、停止、前进、后退及左右转向的操作。
[0009]优选的，所述主控制器模块:使用了STM32F103VET6处理器作为主控芯片。
[0010]优选的，所述传感器检测模块包括:
[0011 ]前方碰撞传感器模块，采用标准红外接收传感器HS0038作为接收部件，红外光的发射采用普通红外发射管，实现避障检测功能；
[0012]左右碰撞传感模块，采用SHARPGP2D12碰撞检测传感器作为接收部件，它可以检测到光点落到它上面的微小位移，分辨率达微米级；
[0013]TCS3200颜色传感器，它把可配置的硅光电二极管与电流频率转换器集成在一个单一的CMOS电路上，同时在单一芯片上集成了红绿蓝(RGB)三种滤光器。
[0014]优选的，所述RGBLED灯板模块:是一个个独立的直插的三基色LED所组成的阵列，因为直插的三基色LED在焊接完成之后还能够通过弯曲来改变发光方向，因而能够增加灯板的发光角度，使灯罩能够更均匀的被照亮。
[0015]优选的，所述电机驱动模块:主要由驱动芯片L298N和直流电机等构成，用于控制移动机器人的运动。
[0016]本实用新型的优点在于:1.利用三基色LED发出与地表相似的颜色的光来做到类似变色龙的迷彩伪装功能。这个功能是以往移动机器人所不具备的功能，特别独特。2.在设计时考虑到直接发出的光线会比较刺眼，显得突出，因此安装了LED灯罩用于使各颜色的光充分混合均匀，消除刺眼的感觉。3.考虑到机器人移动时不能让人看到不能变色的部位(如轮胎，电池等)，特意将移动机器人车身做的比较低。同时将所有传感器都安装在了灯罩内，使得传感器在机器人运行过程中得到了保护，又使颜色传感器几乎不会受到外界光线的干扰，碰撞传感器也由于灯罩的存在而消除了感应死区。4.为保证在调试途中不会接错线，不伤到开发板，小车上除接在L298N上的6根杜邦线以外没有使用杜邦线。其余线全部都焊接在两个双列的插排上，插排再插在开发板的插针上。这样，若想将开发板用于其他项目上，只需拔掉两个插排即可。以后再使用时也可马上安装回去。使用插排的方式比插成堆的杜邦线要更可靠，更安全。另外还发现，这种安装方式所占用的高度比用杜邦所占用的高度要低，因此能够进一步降低机器人的高度。5.通过对光敏电阻采取限制外部光线的照射角度(在光敏电阻周围包上一层黑色热缩管)，以及设定最低亮度，解决了变色移动机器人本身会发光，却需要通过测量环境的光线而改变自身发光亮度的问题。
【附图说明】
[0017]图1为本实用新型一种基于嵌入式的变色移动机器人系统结构框图；
[0018]图2为本实用新型一种基于嵌入式的变色移动机器人主控制模块应用电路图；
[0019]图3为本实用新型一种基于嵌入式的变色移动机器人RGBLED灯板模块应用电路；
[0020]图4为本实用新型一种基于嵌入式的变色移动机器人电机驱动模块应用电路图。
【具体实施方式】
[0021 ]为使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功
[0022]效易于明白了解，下面结合【具体实施方式】，进一步阐述本实用新型。
[0023]根据本实用新型一个实施例，如图1所示，提供一种基于嵌入式的变色移动机器人，包括:主控制器模块、传感器检测模块、RGB LED灯板模块，电机驱动模块。所述主控制器模块:采用了 STM32F103VET6处理器作为主控芯片，STM32系列处理器是ST公司新推出的一款基于高性能、低成本、低功耗要求的嵌入式处理器，应用专门设计的ARM Cortex-M3低功耗高速内核。是整个装置的控制核心，它负责对传感器采集来的信号进行处理，并控制各移动机器人电机的转速。
[0024]所述传感器检测模块包括:前方碰撞传感器模块，采用标准红外接收传感器HS0038作为接收部件，红外光的发射采用普通红外发射管，红外发射管发射出经过调制的38kHz的红外光，当前方没有障碍物时，接收器接收不到红外光。相反，当前方有障碍物时，接收器可以接收到红外光，实现避障检测功能。左右碰撞传感模块，采用SHARP GP2D12碰撞检测传感器作为接收部件，它可以检测到光点落到它上面的微小位移，分辨率达微米级。TCS3200颜色传感器，它的输出信号是数字量，可以驱动标准的TTL或CMOS逻辑输入，因此可直接与微处理器或其他逻辑电路相连，由于输出的是数字量，并且能够实现每个彩色信道10位以上的转换精度，因而不再需要A/D转换电路，使电路变得更简单。
[0025]所述RGBLED灯板模块:使用的是一个个独立的直插的三基色LED所组成的阵列，因为直插的三基色LED在焊接完成之后还能够通过弯曲来改变发光方向，因而能够增加灯板的发光角度，使灯罩能够更均匀的被照亮。而且每个三基色LED的亮度比点阵上的三基色LED要亮许多，更适合用于有灯罩覆盖的移动机器人上。关于像素，由于三个TCS3200颜色传感器模块只能得到三个颜色值，相当于只有三个像素的照相机，而且由于灯罩的覆盖，高密度的像素就失去了意义，因此就没有使用点阵模块。还有，减少了 LED总数这一点也使得移动机器人所消耗的能量得到了抑制。
[0026]所述电机驱动模块:要由驱动芯片L298N和直流电机等构成，L298N是SGS公司的产品，内部包含4通道逻辑驱动电路。是一种二相和四相电机的专用驱动器，即内含二个H桥的高电压大电流双全桥式驱动器，接收标准TTL逻辑电平信号，可驱动46V、2A以下的电机。
[0027]另外，如图2所示，主控制器模块处理器采用了STM32F103VET6微处理器作为主控芯片，STM32系列处理器是ST公司新推出的一款基于高性能、低成本、低功耗要求的嵌入式处理器，应用专门设计的ARM Cortex-M3低功耗高速内核;复位电路采用阻容复位，并添加了开关，使能手动复位;晶振电路采用SM有源晶振，并经过微处理器内部的PLL倍频电路，最高频率可达72MHz ； JTAG接口电路采用ARM专用的接口，可在线调试。
[0028]如图3所示，一种基于嵌入式的变色移动机器人RGB LED灯板模块，用于控制三基色LED的各个颜色亮度所使用的元件是SI2302，N沟道M0SFET，S0T-23封装。之所以使用它是因为SI2302反应快，适合高频率的PWM波，且允许最大3A的持续电流，足够用来同时驱动32个LED。同时它是贴片封装的，占据的空间特别小，刚好适合变色移动机器人。
[0029]如图4所示，一种基于嵌入式的变色移动机器人电机驱动模块，采用功率三极管作为功率放大器的输出控制直流电机。移动机器人采用前轮驱动，前轮左右两边各用一个直流电机驱动，调制前面两个轮子的正反转从而达到控制转向的目的。
[0030]由技术常识可知，本实用新型可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本实用新型范围内或在等同于本实用新型的范围内的改变均被本实用新型包含O
【主权项】
1.一种基于嵌入式的变色移动机器人，其特征在于，包括: 主控制器模块，它与传感器检测模块，RGB LED灯板模块，电机驱动模块相连，用于传感器信号的处理、判断，各种控制信号的发出以及对整个系统的监控； 传感器检测模块，它的输出端与所述主控制器模块相连接，用于实现避障检测、测量地面的红，绿，蓝三个颜色所占的比例来得到地面颜色数值； RGB LED灯板模块，它与所述主控制器模块相连接，用于光源的产生、调节变色所要求的亮度，发光角度，以及像素； 电机驱动模块，它与所述主控制器模块相连接，主要由驱动芯片L298N和直流电机构成，根据主控制器的指令对机器人进行启动、停止、前进、后退及左右转向的操作。2.根据权利要求1所述的一种基于嵌入式的变色移动机器人，其特征在于，所述主控制器模块:使用了 STM32F103VET6处理器作为主控芯片。3.根据权利要求1所述的一种基于嵌入式的变色移动机器人，其特征在于，所述传感器检测模块包括: 前方碰撞传感器模块，采用标准红外接收传感器HS0038作为接收部件，红外光的发射采用普通红外发射管，实现避障检测功能； 左右碰撞传感模块，采用SHARP GP2D12碰撞检测传感器作为接收部件，它可以检测到光点落到它上面的微小位移，分辨率达微米级； TCS3200颜色传感器，它把可配置的硅光电二极管与电流频率转换器集成在一个单一的CMOS电路上，同时在单一芯片上集成了红绿蓝三种滤光器。4.根据权利要求1所述的一种基于嵌入式的变色移动机器人，其特征在于，所述RGBLED灯板模块:是一个个独立的直插的三基色LED所组成的阵列。5.根据权利要求1所述的一种基于嵌入式的变色移动机器人，其特征在于，所述电机驱动模块:主要由驱动芯片L298N和直流电机构成，用于控制移动机器人的运动。
【文档编号】B25J5/00GK205704200SQ201620250617
【公开日】2016年11月23日
【申请日】2016年3月29日
【发明人】郎朗, 李朕阳, 张 成, 赵晓利, 王青梅
【申请人】安徽工程大学
【专利摘要】本实用新型提供一种基于嵌入式的变色移动机器人，包括：主控制器模块、传感器检测模块、RGB LED灯板模块、电机驱动模块。通过白色LED灯照亮地面，然后TCS3200颜色传感器测量地面的红，绿，蓝三个颜色所占的比例来得到地面颜色数值。之后经过白平衡调整红，绿，蓝三色的敏感度，再经过三基色LED偏色修正处理和光敏电阻测得的亮度值共同得出三基色LED红，绿，蓝三个颜色通道的PWM占空比数值。最后输出PWM波至相应的颜色通道就实现了控制三基色LED的颜色以及亮度。本实用新型有效的增加了移动机器人的多样性，提高了移动机器人的利用率。
【专利说明】
一种基于嵌入式的变色移动机器人
技术领域
[0001]本实用新型涉及本发明涉及移动机器人领域，具体涉及一种基于嵌入式的变色移动机器人。
【背景技术】
[0002]机器人泛指一种能够实现某种自动控制功能的机电装置，移动机器人则是机器人研究的重要一环。现今很多移动机器人的功能都不够丰富，不够独特，总是在重复相同功能的开发。一般说到移动机器人就会想到双轮自平衡，避障，巡线，灭火等，但是除此之外就很少看到有人制作拥有其他独特功能的移动机器人了。而变色移动机器人所要解决的正是移动机器人功能不够丰富的问题。本实用新型变色移动机器人是为模仿变色龙的迷彩和变色功能，以及提供一种新的机器人功能，使别人能够开发出更加独特的机器人。有效的增加了机器人的多样性，提高了机器人的利用率。
【实用新型内容】
[0003]本实用新型的目的在于提供一种基于嵌入式的变色移动机器人，以解决现有技术中导致的上述多项缺陷。
[0004]—种基于嵌入式的变色移动机器人，包括:
[0005]主控制器模块，用于传感器信号的处理、判断，各种控制信号的发出以及对整个系统的监控；
[0006]传感器检测模块，它的输出端与所述主控制器模块相连接，用于实现避障检测、测量地面的红，绿，蓝三个颜色所占的比例来得到地面颜色数值；
[0007]RGB LED灯板模块，它与所述主控制器模块相连接，用于光源的产生、调节变色所要求的亮度，发光角度，以及像素；
[0008]电机驱动模块，它与所述主控制器模块相连，主要由驱动芯片L298N和直流电机等构成，根据主控制器的指令对机器人进行启动、停止、前进、后退及左右转向的操作。
[0009]优选的，所述主控制器模块:使用了STM32F103VET6处理器作为主控芯片。
[0010]优选的，所述传感器检测模块包括:
[0011 ]前方碰撞传感器模块，采用标准红外接收传感器HS0038作为接收部件，红外光的发射采用普通红外发射管，实现避障检测功能；
[0012]左右碰撞传感模块，采用SHARPGP2D12碰撞检测传感器作为接收部件，它可以检测到光点落到它上面的微小位移，分辨率达微米级；
[0013]TCS3200颜色传感器，它把可配置的硅光电二极管与电流频率转换器集成在一个单一的CMOS电路上，同时在单一芯片上集成了红绿蓝(RGB)三种滤光器。
[0014]优选的，所述RGBLED灯板模块:是一个个独立的直插的三基色LED所组成的阵列，因为直插的三基色LED在焊接完成之后还能够通过弯曲来改变发光方向，因而能够增加灯板的发光角度，使灯罩能够更均匀的被照亮。
[0015]优选的，所述电机驱动模块:主要由驱动芯片L298N和直流电机等构成，用于控制移动机器人的运动。
[0016]本实用新型的优点在于:1.利用三基色LED发出与地表相似的颜色的光来做到类似变色龙的迷彩伪装功能。这个功能是以往移动机器人所不具备的功能，特别独特。2.在设计时考虑到直接发出的光线会比较刺眼，显得突出，因此安装了LED灯罩用于使各颜色的光充分混合均匀，消除刺眼的感觉。3.考虑到机器人移动时不能让人看到不能变色的部位(如轮胎，电池等)，特意将移动机器人车身做的比较低。同时将所有传感器都安装在了灯罩内，使得传感器在机器人运行过程中得到了保护，又使颜色传感器几乎不会受到外界光线的干扰，碰撞传感器也由于灯罩的存在而消除了感应死区。4.为保证在调试途中不会接错线，不伤到开发板，小车上除接在L298N上的6根杜邦线以外没有使用杜邦线。其余线全部都焊接在两个双列的插排上，插排再插在开发板的插针上。这样，若想将开发板用于其他项目上，只需拔掉两个插排即可。以后再使用时也可马上安装回去。使用插排的方式比插成堆的杜邦线要更可靠，更安全。另外还发现，这种安装方式所占用的高度比用杜邦所占用的高度要低，因此能够进一步降低机器人的高度。5.通过对光敏电阻采取限制外部光线的照射角度(在光敏电阻周围包上一层黑色热缩管)，以及设定最低亮度，解决了变色移动机器人本身会发光，却需要通过测量环境的光线而改变自身发光亮度的问题。
【附图说明】
[0017]图1为本实用新型一种基于嵌入式的变色移动机器人系统结构框图；
[0018]图2为本实用新型一种基于嵌入式的变色移动机器人主控制模块应用电路图；
[0019]图3为本实用新型一种基于嵌入式的变色移动机器人RGBLED灯板模块应用电路；
[0020]图4为本实用新型一种基于嵌入式的变色移动机器人电机驱动模块应用电路图。
【具体实施方式】
[0021 ]为使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功
[0022]效易于明白了解，下面结合【具体实施方式】，进一步阐述本实用新型。
[0023]根据本实用新型一个实施例，如图1所示，提供一种基于嵌入式的变色移动机器人，包括:主控制器模块、传感器检测模块、RGB LED灯板模块，电机驱动模块。所述主控制器模块:采用了 STM32F103VET6处理器作为主控芯片，STM32系列处理器是ST公司新推出的一款基于高性能、低成本、低功耗要求的嵌入式处理器，应用专门设计的ARM Cortex-M3低功耗高速内核。是整个装置的控制核心，它负责对传感器采集来的信号进行处理，并控制各移动机器人电机的转速。
[0024]所述传感器检测模块包括:前方碰撞传感器模块，采用标准红外接收传感器HS0038作为接收部件，红外光的发射采用普通红外发射管，红外发射管发射出经过调制的38kHz的红外光，当前方没有障碍物时，接收器接收不到红外光。相反，当前方有障碍物时，接收器可以接收到红外光，实现避障检测功能。左右碰撞传感模块，采用SHARP GP2D12碰撞检测传感器作为接收部件，它可以检测到光点落到它上面的微小位移，分辨率达微米级。TCS3200颜色传感器，它的输出信号是数字量，可以驱动标准的TTL或CMOS逻辑输入，因此可直接与微处理器或其他逻辑电路相连，由于输出的是数字量，并且能够实现每个彩色信道10位以上的转换精度，因而不再需要A/D转换电路，使电路变得更简单。
[0025]所述RGBLED灯板模块:使用的是一个个独立的直插的三基色LED所组成的阵列，因为直插的三基色LED在焊接完成之后还能够通过弯曲来改变发光方向，因而能够增加灯板的发光角度，使灯罩能够更均匀的被照亮。而且每个三基色LED的亮度比点阵上的三基色LED要亮许多，更适合用于有灯罩覆盖的移动机器人上。关于像素，由于三个TCS3200颜色传感器模块只能得到三个颜色值，相当于只有三个像素的照相机，而且由于灯罩的覆盖，高密度的像素就失去了意义，因此就没有使用点阵模块。还有，减少了 LED总数这一点也使得移动机器人所消耗的能量得到了抑制。
[0026]所述电机驱动模块:要由驱动芯片L298N和直流电机等构成，L298N是SGS公司的产品，内部包含4通道逻辑驱动电路。是一种二相和四相电机的专用驱动器，即内含二个H桥的高电压大电流双全桥式驱动器，接收标准TTL逻辑电平信号，可驱动46V、2A以下的电机。
[0027]另外，如图2所示，主控制器模块处理器采用了STM32F103VET6微处理器作为主控芯片，STM32系列处理器是ST公司新推出的一款基于高性能、低成本、低功耗要求的嵌入式处理器，应用专门设计的ARM Cortex-M3低功耗高速内核;复位电路采用阻容复位，并添加了开关，使能手动复位;晶振电路采用SM有源晶振，并经过微处理器内部的PLL倍频电路，最高频率可达72MHz ； JTAG接口电路采用ARM专用的接口，可在线调试。
[0028]如图3所示，一种基于嵌入式的变色移动机器人RGB LED灯板模块，用于控制三基色LED的各个颜色亮度所使用的元件是SI2302，N沟道M0SFET，S0T-23封装。之所以使用它是因为SI2302反应快，适合高频率的PWM波，且允许最大3A的持续电流，足够用来同时驱动32个LED。同时它是贴片封装的，占据的空间特别小，刚好适合变色移动机器人。
[0029]如图4所示，一种基于嵌入式的变色移动机器人电机驱动模块，采用功率三极管作为功率放大器的输出控制直流电机。移动机器人采用前轮驱动，前轮左右两边各用一个直流电机驱动，调制前面两个轮子的正反转从而达到控制转向的目的。
[0030]由技术常识可知，本实用新型可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本实用新型范围内或在等同于本实用新型的范围内的改变均被本实用新型包含O
【主权项】
1.一种基于嵌入式的变色移动机器人，其特征在于，包括: 主控制器模块，它与传感器检测模块，RGB LED灯板模块，电机驱动模块相连，用于传感器信号的处理、判断，各种控制信号的发出以及对整个系统的监控； 传感器检测模块，它的输出端与所述主控制器模块相连接，用于实现避障检测、测量地面的红，绿，蓝三个颜色所占的比例来得到地面颜色数值； RGB LED灯板模块，它与所述主控制器模块相连接，用于光源的产生、调节变色所要求的亮度，发光角度，以及像素； 电机驱动模块，它与所述主控制器模块相连接，主要由驱动芯片L298N和直流电机构成，根据主控制器的指令对机器人进行启动、停止、前进、后退及左右转向的操作。2.根据权利要求1所述的一种基于嵌入式的变色移动机器人，其特征在于，所述主控制器模块:使用了 STM32F103VET6处理器作为主控芯片。3.根据权利要求1所述的一种基于嵌入式的变色移动机器人，其特征在于，所述传感器检测模块包括: 前方碰撞传感器模块，采用标准红外接收传感器HS0038作为接收部件，红外光的发射采用普通红外发射管，实现避障检测功能； 左右碰撞传感模块，采用SHARP GP2D12碰撞检测传感器作为接收部件，它可以检测到光点落到它上面的微小位移，分辨率达微米级； TCS3200颜色传感器，它把可配置的硅光电二极管与电流频率转换器集成在一个单一的CMOS电路上，同时在单一芯片上集成了红绿蓝三种滤光器。4.根据权利要求1所述的一种基于嵌入式的变色移动机器人，其特征在于，所述RGBLED灯板模块:是一个个独立的直插的三基色LED所组成的阵列。5.根据权利要求1所述的一种基于嵌入式的变色移动机器人，其特征在于，所述电机驱动模块:主要由驱动芯片L298N和直流电机构成，用于控制移动机器人的运动。
【文档编号】B25J5/00GK205704200SQ201620250617
【公开日】2016年11月23日
【申请日】2016年3月29日
【发明人】郎朗, 李朕阳, 张 成, 赵晓利, 王青梅
【申请人】安徽工程大学
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