一种基于ROS与嵌入式系统的机器人系统的制作方法

本实用新型涉及机器人系统技术领域，特别是涉及一种基于ros与嵌入式系统的机器人系统。

背景技术：

机器人是自动执行工作的机器装置。它既可以接受人类指挥，又可以运行预先编排的程序，也可以根据以人工智能技术制定的原则纲领行动。它的任务是协助或取代人类的工作，例如生产业、建筑业，或是危险的工作。

ros是专门为机器人而生的系统，它提供一些标准操作系统服务，例如硬件抽象，底层设备控制，常用功能实现，进程间消息以及数据包管理。ros是基于一种图状架构，从而不同节点的进程能接受、发布、聚合各种信息。嵌入式系统是一种专用的计算机系统，作为装置或设备的一部分。通常，嵌入式系统是一个控制程序存储在rom中的嵌入式处理器控制板。现有的嵌入式机器人系统在使用过程中存在功能不够完善等问题，因此设计一种基于ros与嵌入式系统的机器人系统是十分有必要的。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种基于ros与嵌入式系统的机器人系统，拥有更加丰富的接口资源，能够简单高效的进行人机交互，采用双主控的构架，降低了机器人系统开发难度，完善了嵌入式机器人系统出现的一系列问题。

为实现上述目的，本实用新型提供了如下方案：

一种基于ros与嵌入式系统的机器人系统，所述机器人系统分为三层，分别为上层、箱体及下层，所述上层包括上层支架及激光雷达传感器，所述激光雷达传感器通过所述上层支架固定在所述箱体上，所述激光雷达传感器用于建图、定位导航及目标识别；

所述下层包括4个车轮，分别设置在所述箱体下端的前后左右，其中前后的车轮为万向轮，左右的车轮为驱动轮，所述车轮用于实现机器人任意方向的移动；

所述箱体的内部设置有6个功能单元电路，分别为电源管理单元、逻辑运算单元、运动控制单元、通信处理单元、通信扩展单元、信息采集单元，所述电源管理单元用于给各个单元供电，所述逻辑运算单元通过usb通信连接所述运动控制单元及通信处理单元，所述运动控制单元及通信处理单元通过can通信连接所述通信扩展单元，所述通信扩展单元通过can通信连接所述信息采集单元，所述运动控制单元通过spi通信连接所述通信处理单元，所述信息采集单元连接所述激光雷达传感器，所述信息采集单元连接所述激光雷达传感器。

可选的，所述运动控制单元和通信处理单元集成在一块电路板上，所述运动控制单元包括arm嵌入式芯片和直流电机，所述arm嵌入式芯片连接所述直流电机，所述直流电机有4个，4个所述直流电机分别对应连接4个所述车轮，所述arm嵌入式芯片通过两轮差速和两轮万向轮的运动驱动方式控制所述机器人系统运动；所述通信处理单元为所述逻辑运算单元及所述运动控制单元的通信接口。

可选的，所述电源管理单元为模拟电路和数字电路相隔离的电源电路板，用于保证内部信号稳定，所述电源电路板的电源为ura_ld-30wr3。

可选的，所述通信扩展单元为通信扩展板，所述通信扩展板集成16路can通信接口，所述通信扩展板的一端连接所述运动控制单元，另一端连接所述信息采集单元，同时保留有can通信接口，用于实现平台的硬件扩展。

可选的，所述信息采集单元为采集电路板，包括超声波传感器、红外传感器、imu、编码器、多种协议扩展接口、模拟量输入接口及模拟量输出接口，通过所述协议扩展接口连接所述激光雷达传感器，所述激光雷达传感器、超声波传感器及红外传感器均设置在所述机器人系统的上层，所述imu用于检测机器人系统的姿态，多种所述协议扩展接口包括uart接口、spi接口、i2c接口及can接口，多种所述协议扩展接口用于连接多种传感器，实现多种传感器综合应用。

可选的，所述逻辑运算单元为raspberrypi4model。

可选的，所述运动控制单元、通信处理单元、电源管理单元、通信扩展单元及信息采集单元通过铜柱以堆叠的方式固定，一共为4层，从上到下依次为信息采集单元、通信扩展单元、电源管理单元、运动控制单元和通信处理单元。

根据本实用新型提供的具体实施例，本实用新型公开了以下技术效果：本实用新型提供的基于ros与嵌入式系统的机器人系统，将ros系统与嵌入式系统相结合，降低了机器人系统的开发难度，完善了嵌入式机器人系统出现的一系列问题；将运动控制单元与通信处理单元集成在一个电路板上，节省了箱体内部空间，运动控制单元选用了arm嵌入式芯片，并通过arm嵌入式芯片控制直流电机，采用两轮差速和两轮万向轮的驱动方式使直流电机带动车轮转动；采用通信处理单元，实现了运动控制单元和逻辑运算单元之间的通信；电源管理单元采用模拟电路与数字电路的隔离设计，保证了内部信号的稳定；通信扩展单元集成16路can通信接口，可实现平台的硬件扩展；信息采集单元集成多种高精度的传感器，并实时收集各个传感器数据，并对数据进行处理及传输给逻辑运算单元，信息采集单元预留多种协议扩展接口及模拟量输入输出接口，可根据需求通过预留接口连接其他传感器，保证了硬件开源的特性；逻辑运算单元选用raspberrypi4model，为ros系统提供了硬件支撑。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例基于ros与嵌入式系统的机器人系统主视图；

图2为功能单元连接示意图；

图3为功能单元结构示意图；

图4为运动控制单元及通信处理单元结构示意图；

图5为电源管理单元结构示意图；

图6为通信扩展单元结构示意图；

图7为信息采集单元结构示意图；

图8为逻辑运算单元结构示意图。

附图标记：1、电源管理单元；2、逻辑运算单元；3、运动控制单元；4、通信处理单元；5、通信扩展单元；6、信息采集单元；7、上层支架；8、激光雷达传感器；9、车轮；10、箱体。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型的目的是提供一种基于ros与嵌入式系统的机器人系统，拥有更加丰富的接口资源，能够简单高效的进行人机交互，采用双主控的构架，降低了机器人系统开发难度，完善了嵌入式机器人系统出现的一系列问题。

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

如图1-8所示，本实用新型实施例提供的基于ros与嵌入式系统的机器人系统分为三层，分别为上层、箱体10及下层，所述上层包括上层支架7及激光雷达传感器8，所述激光雷达传感器8通过所述上层支架7固定在所述箱体10上，所述激光雷达传感器8用于建图、定位导航及目标识别；

所述下层包括4个车轮9，分别设置在所述箱体下端的前后左右，其中前后的车轮为万向轮，左右的车轮为驱动轮，所述车轮9用于实现机器人任意方向的移动；

所述箱体10的内部设置有6个功能单元电路，分别为电源管理单元1、逻辑运算单元2、运动控制单元3、通信处理单元4、通信扩展单元5、信息采集单元6，如图2所示，所述电源管理单元1用于给各个单元供电，所述逻辑运算单元2通过usb通信连接所述运动控制单元3及通信处理单元4，所述运动控制单元3及通信处理单元4通过can通信连接所述通信扩展单元5，所述通信扩展单元5通过can通信连接所述信息采集单元6，所述运动控制单元3通过spi通信连接所述通信处理单元4，所述信息采集单元6连接所述激光雷达传感器8。

所述机器人系统外形为圆柱形，尺寸为40cm*40cm*20cm。

如图4所示，所述运动控制单元3和通信处理单元4集成在一块电路板上，节省了箱体10内部空间，所述运动控制单元3包括arm嵌入式芯片、直流电机及can接口，所述arm嵌入式芯片连接所述直流电机，所述直流电机有4个，4个所述直流电机分别对应连接4个所述车轮9，所述arm嵌入式芯片通过两轮差速和两轮万向轮的运动驱动方式控制所述机器人系统运动，所述运动控制单元3为闭环运动控制模型，所述运动控制单元3还包括急停、过载等安全保障设计，所述can接口用于连接所述通信扩展单元5；所述通信处理单元5将逻辑运算单元2的指令进行解析转换并传输给所述运动控制单元3，并将所述信息采集单元6传输给所述运动控制单元3的采集信息编码打包传输给所述逻辑运算单元2，所述通信处理单元4是所述逻辑运算单元2和所述运动控制单元3的通信接口。

如图5所示，所述电源管理单元1为模拟电路和数字电路相隔离的电源电路板，用于保证内部信号稳定，所述电源电路板的电源为ura_ld-30wr3，所述电源电路板可实现电压转换与稳定输出，保证各单元正常运作对电源的需求，所述电源电路板内部走线及元器件的位置均合理设计，可以提高电源电路板的散热性能，所述电源电路板还包括电量监测、电缓启动、防反接、过压过流、放抢电等安全设计。

如图6所示，所述通信扩展单元5为通信扩展板，所述通信扩展板集成16路can通信接口，所述通信扩展板的一端连接所述运动控制单元3，另一端连接所述信息采集单元6，同时保留有can通信接口，用于实现平台的硬件扩展。

如图7所示，所述信息采集单元6为采集电路板，包括超声波传感器、红外传感器、imu、编码器、多种协议扩展接口、模拟量输入接口及模拟量输出接口，所述信息采集单元6实时收集各传感器数据并执行数据滤波、计算、预处理等操作，将处理过后的数据通过所述通信扩展单元5传输给运动控制单元3再汇总至逻辑运算单元2，所述信息采集单元6通过所述协议扩展接口连接所述激光雷达传感器8，所述激光雷达传感器8、超声波传感器及红外传感器均设置在所述机器人系统的上层，所述imu用于检测机器人系统的姿态，多种所述协议扩展接口包括uart接口、spi接口、i2c接口及can接口，可根据自身需求通过多种协议扩展接口连接其他传感器，从而实现多传感器综合应用的目标，进一步保证系统硬件开源的特性。

所述逻辑运算单元2为ros操作系统提供硬件支撑，ros操作系统为机器人系统的运动控制、路径规划、传感器应用、数据通信及人机交互等功能提供解决方案，如图8所示，所述逻辑运算单元2选用raspberrypi4model。

如图2所示，所述运动控制单元3、通信处理单元4、电源管理单元1、通信扩展单元5及信息采集单元6通过铜柱以堆叠的方式固定，一共为4层，从上到下依次为信息采集单元6、通信扩展单元5、电源管理单元1、运动控制单元3和通信处理单元4，其中所述通信扩展单元3及信息采集单元4集成在一个电路板上。

本实用新型提供的基于ros与嵌入式系统的机器人系统，将ros系统与嵌入式系统相结合，降低了机器人系统的开发难度，完善了嵌入式机器人系统出现的一系列问题；将运动控制单元与通信处理单元集成在一个电路板上，节省了箱体内部空间，运动控制单元选用了arm嵌入式芯片，并通过arm嵌入式芯片控制直流电机，采用两轮差速和两轮万向轮的驱动方式使直流电机带动车轮转动；采用通信处理单元，实现了运动控制单元和逻辑运算单元之间的通信；电源管理单元采用模拟电路与数字电路的隔离设计，保证了内部信号的稳定；通信扩展单元集成16路can通信接口，可实现平台的硬件扩展；信息采集单元集成多种高精度的传感器，并实时收集各个传感器数据，并对数据进行处理及传输给逻辑运算单元，信息采集单元预留多种协议扩展接口及模拟量输入输出接口，可根据需求通过预留接口连接其他传感器，保证了硬件开源的特性；逻辑运算单元选用raspberrypi4model，为ros系统提供了硬件支撑。

本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。