一种基于CAN总线的自主移动机器人通信系统的制作方法

本发明涉及机器人通信系统技术领域，具体为一种基于CAN总线的自主移动机器人通信系统。

背景技术：

随着机器人技术的发展，人们对机器人的要求不再局限于单个机器人，而将更多的精力转移到多个机器人组成的系统上，这不仅是因为有些工作是单个机器人无法承担的，而且越来越多的事例表明，对于一些动态性强而且复杂的任务，开发单个机器人远比开发多机器人系统复杂和昂贵。使用多个简单机器人组成的系统可以比单个复杂机器人更好地完成任务，而且系统可维护性大大提高了，在传统机器人控制系统中，机器人传感器信号处理和移动机构的伺服控制采用单片机系统来完成，机器人的规划和决策由上层控制计算机实现，上层计算机和下层模块的通信采用RS232或RS485串行通信方式，这种结构的优点是成本低，结构简单，主要缺点是信号处理和运算能力差，通信速率低，难以适应未知动态环境的要求。

技术实现要素：

针对以上问题，本发明提供了一种基于CAN总线的自主移动机器人通信系统，系统由嵌入式工业控制计算机、CAN总线适配卡、无线通信卡、图像采集卡等组成，它主要完成两部分功能：一是系统初始化、系统诊断和错误报告、轨迹规划、导航和避障；二是系统通信管理，一方面通过无线网络完成与监控端的人机交互，另一方面通过CAN总线与DSP进行通信，从各DSP获取机器人感知的环境信息和机器人的运行状态，并向DSP发出各种动作命令，可以有效解决背景技术中的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于CAN总线的自主移动机器人通信系统，包括人机交互单元和CAN总线控制单元，所述人机交互单元和CAN总线控制单元的数据链路之间通过FPGA控制器连接有DSP控制系统，所述人机交互单元包括无线局域网络接口，所述无线局域网络接口的数据端连接有无线通信卡和上层控制计算机，无线局域网络接口的输出端连接有CAN总线适配卡；所述CAN总线控制单元包括网络服务器，网络服务器的输入端连接有数据库，所述网络服务器的数据端连接有数据存储单元，网络服务器还连接有无线数据收发器；所述FPGA控制器包括GPS定位模块和伺服系统，所述伺服系统的输出端与DSP控制系统相连接，且GPS定位模块的数据端还连接有时钟检测模块，所述时钟检测模块与DSP控制系统进行频率变换。

作为本发明一种优选的技术方案，所述无线局域网络接口包括收发天线，所述收发天线的数据端连接有网络信号检测器，且网络信号检测器的内部还设置有信号加密模块，所述收发天线的输出端还连接有数模变换器。

作为本发明一种优选的技术方案，所述无线通信卡包括遥控收发单元和遥感模块，所述遥控收发单元的输出端连接有信号放大器，所述信号放大器的输出端连接有调制解调器，所述调制解调器连接到遥感模块的输入输出端。

作为本发明一种优选的技术方案，所述CAN总线适配卡包括传感器组，所述传感器组通过功率放大器与信道编码模块相连接，所述信道编码模块的数据端还连接有时序仿真模块。

作为本发明一种优选的技术方案，所述数据存储单元包括数据接收端口和网路检测器，所述网路检测器的输出端通过异步检测模块与寄存器配置模块相连接。

作为本发明一种优选的技术方案，所述FPGA控制器还包括JTAG接口模块和功能仿真模块，所述功能仿真模块通过频率检测计与时钟深度控制模块相连接，所述频率检测计的数据端反馈到JTAG接口模块。

作为本发明一种优选的技术方案，所述DSP控制系统包括红外传感器和光电传感器，所述红外传感器和光电传感器的输出端与光电码盘相连接，所述光电码盘的数据端与移动机构相连接。

作为本发明一种优选的技术方案，所述伺服系统包括卷积编码器，所述卷积编码器的输出端连接有信号调制模块与信号解调模块，所述信号调制模块与信号解调模块的输出端均与GPS定位模块相连接。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：该基于CAN总线的自主移动机器人通信系统，系统由嵌入式工业控制计算机、CAN总线适配卡、无线通信卡、图像采集卡等组成，它主要完成两部分功能：一是系统初始化、系统诊断和错误报告、轨迹规划、导航和避障；二是系统通信管理，一方面通过无线网络完成与监控端的人机交互，另一方面通过CAN总线与DSP进行通信，从各DSP获取机器人感知的环境信息和机器人的运行状态，并向DSP发出各种动作命令，而底层控制系统由超声、红外、接近、定位及伺服控制等四个并行处理的DSP系统组成，通过CAN总线，一方面完成各传感器的信号处理，并把各自处理结果传送到上层控制计算机，另一方面，接收上层控制计算机的各种控制命令，实现移动机器人的定位和伺服控制，在在监控端，为了使得机器人在特殊情况下可以接受监控人员的控制，需要建立监控系统，机器人本体和监控机之间通过无线局域网卡实现点对点无线通信，完成机器人与监控人员的实时交互。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明电路结构示意图。

图中：1-人机交互单元；2-CAN总线控制单元；3-DSP控制系统；4-无线局域网络接口；5-无线通信卡；6-上层控制计算机；7-网络服务器；8-数据存储单元；9-无线数据收发器；10-GPS定位模块；11-伺服系统；12-时钟检测模块；13-收发天线；14-网络信号检测器；15-信号加密模块；16-遥控收发单元；17-遥感模块；18-信号放大器；19-调制解调器；20-传感器组；21-功率放大器；22-信道编码模块；23-时序仿真模块；24-FPGA控制器；25-数据接收端口；26-网路检测器；27-异步检测模块；28-寄存器配置模块；29-JTAG接口模块；30-功能仿真模块；31-频率检测计；32-时钟深度控制模块；33-数模变换器；34-红外传感器；35-光电传感器；36-光电码盘；37-移动机构；38-卷积编码器；39-信号调制模块；40-信号解调模块；41-CAN总线适配卡；42-数据库。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

实施例：

请参阅图1和图2，本发明提供一种技术方案：一种基于CAN总线的自主移动机器人通信系统，包括人机交互单元1和CAN总线控制单元2，所述人机交互单元1和CAN总线控制单元2的数据链路之间通过FPGA控制器24连接有DSP控制系统3，所述人机交互单元1包括无线局域网络接口4，所述无线局域网络接口4包括收发天线13，所述收发天线13的数据端连接有网络信号检测器14，且网络信号检测器14的内部还设置有信号加密模块15，所述收发天线13的输出端还连接有数模变换器33，所述无线局域网络接口4的数据端连接有无线通信卡5和上层控制计算机6，所述无线通信卡5包括遥控收发单元16和遥感模块17，所述遥控收发单元16的输出端连接有信号放大器18，所述信号放大器18的输出端连接有调制解调器19，所述调制解调器19连接到遥感模块17的输入输出端，无线局域网络接口4的输出端连接有CAN总线适配卡41，所述CAN总线适配卡41包括传感器组20，所述传感器组20通过功率放大器21与信道编码模块22相连接，所述信道编码模块22的数据端还连接有时序仿真模块23；所述CAN总线控制单元2包括网络服务器7，网络服务器7的输入端连接有数据库42，所述网络服务器7的数据端连接有数据存储单元8，所述数据存储单元8包括数据接收端口25和网路检测器26，所述网路检测器26的输出端通过异步检测模块27与寄存器配置模块28相连接，网络服务器7还连接有无线数据收发器9；所述FPGA控制器24还包括JTAG接口模块29和功能仿真模块30，所述功能仿真模块30通过频率检测计31与时钟深度控制模块32相连接，所述频率检测计31的数据端反馈到JTAG接口模块29，所述FPGA控制器24包括GPS定位模块10和伺服系统11，所述伺服系统11包括卷积编码器38，所述卷积编码器38的输出端连接有信号调制模块39与信号解调模块40，所述信号调制模块39与信号解调模块40的输出端均与GPS定位模块10相连接，所述伺服系统11的输出端与DSP控制系统3相连接，且GPS定位模块10的数据端还连接有时钟检测模块12，所述时钟检测模块12与DSP控制系统3进行频率变换，所述DSP控制系统3包括红外传感器34和光电传感器35，所述红外传感器34和光电传感器35的输出端与光电码盘36相连接，所述光电码盘36的数据端与移动机构37相连接。

(1)所述上层计算机6实现监控机与移动机器人之间的通讯，包括监控机和移动机器人之间的视频传输、控制命令传输及传感器数据传输，可以对移动机器人的某些参数的设置，状态的监测与变换、数据检测及移动控制功能进行调节。

(2)所述DSP系统内共有16个超声传感器，每个超声传感器的测距值在DSP内用两个字节存储，共有32个字节存储所有测距值，因而传输所有测距值需要4个数据帧才能传送完；16个红外传感器和16个接近传感器分别占用两个字节，每一位代表一个传感器信息，1表示探测到障碍物，0表示没有障碍物；定位及伺服控制DSP系统向上层控制系统的计算机发送机器人当前的各种运行状态，如机器人当前的工作方式、运行速度、加速度以及机器人移动的方向、里程、电池电压等，共需4个数据帧才能传送完。

本发明的工作原理：该基于CAN总线的自主移动机器人通信系统，系统由嵌入式工业控制计算机、CAN总线适配卡、无线通信卡、图像采集卡等组成，它主要完成两部分功能：一是系统初始化、系统诊断和错误报告、轨迹规划、导航和避障；二是系统通信管理，一方面通过无线网络完成与监控端的人机交互，另一方面通过CAN总线与DSP进行通信，从各DSP获取机器人感知的环境信息和机器人的运行状态，并向DSP发出各种动作命令，而底层控制系统由超声、红外、接近、定位及伺服控制等四个并行处理的DSP系统组成，通过CAN总线，一方面完成各传感器的信号处理，并把各自处理结果传送到上层控制计算机，另一方面，接收上层控制计算机的各种控制命令，实现移动机器人的定位和伺服控制，在在监控端，为了使得机器人在特殊情况下可以接受监控人员的控制，需要建立监控系统，机器人本体和监控机之间通过无线局域网卡实现点对点无线通信，完成机器人与监控人员的实时交互；

机器人本体采用基于CAN总线的控制器局部网络结构，各自独立的DSP系统与上层控制计算机之间可实现可靠、实时和灵活的数据通信，使得上层控制计算机能获得机器人感知的环境信息和机器人的运行状态，可方便地实现机器人快速感知环境和实时规划动作的目的。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。