一种基于开关磁阻电机的智能搬运机器人及控制方法与流程

本发明属于智能搬运机器人技术领域，具体涉及一种基于开关磁阻电机的智能搬运机器人及控制方法。

背景技术：

现有的智能搬运机器人主要采用异步电机和永磁同步电机作为动力驱动，然而异步电机及永磁同步电机的启动电流大，从而对电池造成的冲击大，且低速运行的性能差，这些缺点会造成智能搬运机器人存在爬坡性能差，耗电量大的问题，而永磁同步电机需要的永磁材料抗震性能差，容易受到温度的影响，且存在高温或偶尔出现短路电流而产生去磁的危险，因此可靠性稍低，并且永磁同步电机需要使用大量的稀土资源，因此随着国家稀土资源的大量消耗，所述永磁同步电机的产品成本逐渐提高，且不可持续发展。

传统的智能搬运机器人是将视觉、rfid、imu和里程计等数据经采集模块处理后，再生成控制信号送入电机控制模块来实现对电机的控制，这种控制方式在很大程度上降低了智能搬运机器人的运行性能。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是现有的智能搬运机器人所使用的动力驱动电机的启动电流大从而对电池造成的冲击大、低速运行的性能差、爬坡性能差，耗电量大、磁同步电机退磁以及传统的智能搬运机器人控制方式降低了系统的运行性能的问题，目的在于提供一种基于开关磁阻电机的智能搬运机器人及控制方法，解决上述问题。

本发明通过下述技术方案实现：

一种基于开关磁阻电机的智能搬运机器人，包括双目摄像头、imu模块、rfid阅读器、车轮、超声波传感器、电池、控制器、开关磁阻电机、差速器和rfid标签；

所述电池传输电源至所述控制器；

所述控制器与所述双目摄像头、imu模块、rfid阅读器、超声波传感器、电池及开关磁阻电机连接；

所述开关磁阻电机通过所述差速器驱动所述车轮进行滚动；

所述双目摄像头对所述智能搬运机器人前端物体的点云数据及导航标识线进行采集；

所述imu模块对所述智能搬运机器人的三轴姿态和加速度进行测量；

所述rfid阅读器对所述rfid标签中的位置信息进行采集；

所述差速器使左右两侧的所述车轮以不同转速进行滚动；

所述超声波传感器对所述智能搬运机器人工作环境周围的障碍物信息进行采集与检测；

所述rfid标签设置在站点，所述rfid标签对站点位置信息进行存储；

所述控制器通过采集所述双目摄像头、imu模块、rfid阅读器和超声波传感器的信号得到所述智能搬运机器人的准确位置信息和所述智能搬运机器人工作环境周围的障碍物信息；

并根据所述准确位置信息和所述障碍物信息控制所述智能搬运机器人沿相应轨迹运行、进行避障停车及站点停靠。

本发明中采用开关磁阻电机作为智能搬运机器人的动力驱动，所述开关磁阻电机所需要的驱动电流小，耗材少，低俗运行性能好，可以提高智能搬运机器人的寿命，并将双目摄像头、rfid阅读器、imu模块和编码器等采集的不同数据信息整合到控制器进行统一的整合控制，并根据不同的数据信息获取机器人当前的位置信息，运行情况等，从而提高智能搬运机器人的运行性能，并且为了解决上坡、转弯以及遇到不平整的道路时，可以通过让左右车轮使用不同的转速滚动，从而保证两侧驱动车轮作纯滚动运动，通过超声波传感器检测周围的障碍物信息，并根据所述障碍信息采取不同的应对方式。

进一步的，还包括后台服务器和编码器；

所述后台服务器对所述智能搬运机器人进行远程控制及监控；

所述编码器与所述控制器连接，并对所述开关磁阻电机的编码信息进行检测。

进一步的，所述控制器包括：功率变换器、直流电压采样电路、驱动电路、负载电压电流采样电路、主控板、人机交互界面和无线模块；

所述主控板通过所述驱动电路与用于驱动所述开关磁阻电机运行的所述功率变换器连接；

所述主控板分别与所述直流电压采样电路、负载电压电流采样电路、人机交互界面和无线模块连接；

所述主控板分别与所述双目摄像头、imu模块、rfid阅读器、超声波传感器和编码器连接；

所述主控板根据所述编码器采集到的编码信息后得到所述开关磁阻电机的转速、转子的位置及所述智能搬运机器人的行驶里程信息；

所述人机交互界面对所述智能搬运机器人进行信息交互与控制；

所述主控板通过所述无线模块与用于远程控制及监控所述智能搬运机器人的所述后台服务器进行通讯。

进一步的，所述主控板的主控芯片由dsp和fpga组成。

进一步的，所述控制器与所述双目摄像头、imu模块、rfid阅读器、超声波传感器、电池及开关磁阻电机电性连接。

进一步的，所述主控板分别与所述双目摄像头、imu模块、rfid阅读器、超声波传感器和编码器电性连接；

所述主控板与所述人机交互界面电性连接。

进一步的，所述人机交互界面通过本地规划所述智能搬运机器人的行驶路径对所述智能搬运机器人进行操作；

所述人机交互界面的主控芯片为arm，所述人机交互界面通过can或485与所述主控板进行通讯。

一种基于开关磁阻电机的智能搬运机器人的控制方法，包括：

设定和发送所述智能搬运机器人要到达的目标站点，并对到达所述目标站点的路径进行规划；

收到所述目标站点的信息后，读取rfid标签中存储的位置信息、imu模块采集的三轴姿态及加速度信息和编码器采集得到的行驶里程信息，根据所述位置信息、三轴姿态及加速度信息和行驶里程信息得到所述智能搬运机器人当前所处的位置；

实时采集当前所处的位置周围的环境信息，将采集到的物体点云信号和图像信号进行传送；

控制超声波传感器实时向周围发出超声波信号，并接收返回的超声波信号；

启动开关磁阻电机，运行所述智能搬运机器人，根据接收到的所述物体点云信号和图像信号识别导航标识线和运行路线上的路况信息，控制智能搬运机器人沿标识线向前行驶；

通过所述物体点云信号和超声波信号判断当前所处的位置周围是否存在障碍物，当所述智能搬运机器人当前所处的位置周围不存在障碍物时，采用正常运行模式；

当所述智能搬运机器人当前所处的位置周围存在障碍物时，采用避障运行模式；

实时采集编码器的信号，得到所述智能搬动机器人当前的行驶里程信息，根据实时采集的rfid标签信号、imu信号和所述行驶里程信息得到所述智能搬运机器人当前所处的位置；

读取rfid标签发出的站点信息，根据所述站点信息判断是否为所述目标站点，当所述站点不是目标站点时，重复上述操作过程；

当所述站点是目标站点时，关闭开关磁阻电机，所述智能搬运机器人停止运行。

进一步的，所述智能搬动机器人的行驶里程：

s＝2*π*r/c*n；

其中，r为车轮半径，n为实时采集的编码器个数，c为差速器变比，n为编码器编码个数。

进一步的，当进入无标识线的区域，控制采集的所述图像信号、物体点云信号、三轴姿态、加速度信息及行驶里程信息进行路线重构，所述智能搬运机器人运行局部惯性导航模式，当下一标识线出现时，重新采用正常运行模式；

当所述智能搬运机器人在平地或上坡运行时，控制所述开关磁阻电机的工作状态为电动状态，当所述智能搬运机器人处于下坡运行时，控制所述开关磁阻电机工作状态为制动状态。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

1、本发明一种基于开关磁阻电机的智能搬运机器人及控制方法，采用开关磁阻电机作为智能搬运机器人的动力驱动，所述开关磁阻电机的启动电流小，因此对电池没有造成冲击，同时所述开关磁阻电机的启动转矩大，低速运行性能好，且耗材少，无需永磁材料，因此生产成本低，可靠性高，寿命长，具有很高的运行效率。

2、本发明一种基于开关磁阻电机的智能搬运机器人及控制方法，统一整合数据采集模块和电机控制模块，提高了智能搬运机器人的运行性能。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为本发明所述智能搬运机器人的结构框图；

图2为本发明实施例所述的控制结构框图；

图3为本发明所述智能搬运机器人控制方法的流程图。

附图中标记及对应的零部件名称：

1-双目摄像头；2-imu模块；3-rfid阅读器；4-车轮；5-电池；6-超声波传感器；7-控制器；8-开关磁阻电机；9-差速器；10-功率变换器；11-直流电压采样电路；12-驱动电路；13-负载电压电流采样电路；14-主控板；15-人机交互界面；16-无线模块；17-后台服务器；18-编码器；19-rfid标签。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例1

如图1所示的一种基于开关磁阻电机的智能搬运机器人，包括双目摄像头1、imu模块2、rfid阅读器3、车轮4、超声波传感器6、电池5、控制器7、开关磁阻电机8、差速器9和rfid标签19；

所述电池5传输电源至所述控制器7；

所述控制器7与所述双目摄像头1、imu模块2、rfid阅读器3、超声波传感器6、电池5及开关磁阻电机8连接；

所述开关磁阻电机8通过所述差速器9驱动所述车轮4进行滚动；

所述双目摄像头1对所述智能搬运机器人前端物体点的云数据及导航标识线进行采集；

所述imu模块2对所述智能搬运机器人的三轴姿态和加速度进行测量；

所述rfid阅读器3对所述rfid标签19中的位置信息进行采集；

所述差速器9使左右两侧的所述车轮4以不同转速进行滚动；

所述超声波传感器6对所述智能搬运机器人工作环境周围的障碍物信息进行采集与检测；

所述rfid标签19设置在站点，所述rfid标签19对站点位置信息进行存储；

所述控制器7通过采集所述双目摄像头1、imu模块2、rfid阅读器3和超声波传感器6的信号得到所述智能搬运机器人的准确位置信息和所述智能搬运机器人工作环境周围的障碍物信息；

并根据所述准确位置信息和所述障碍物信息控制所述智能搬运机器人沿相应轨迹运行、进行避障停车及站点停靠。

进一步的，还包括后台服务器17和编码器18；

所述后台服务器17对所述智能搬运机器人进行远程控制及监控；

所述编码器18与所述控制器7连接，并对所述开关磁阻电机8的编码信息进行检测。

如图2所示，所述控制器7包括：功率变换器10、直流电压采样电路11、驱动电路12、负载电压电流采样电路13、主控板14、人机交互界面15和无线模块16；

所述主控板14通过所述驱动电路12与用于驱动所述开关磁阻电机8运行的所述功率变换器10连接；

所述主控板14分别与所述直流电压采样电路11、负载电压电流采样电路13、人机交互界面15和无线模块16连接；

所述主控板14分别与所述双目摄像头1、imu模块2、rfid阅读器3、超声波传感器6和编码器18连接；

所述主控板14根据所述编码器18采集到的编码信息后得到所述开关磁阻电机8的转速、转子的位置及所述智能搬运机器人的行驶里程信息；

所述人机交互界面15对所述智能搬运机器人进行信息交互与控制；

所述主控板14通过所述无线模块16与用于远程控制及监控所述智能搬运机器人的所述后台服务器17进行通讯。

进一步的，所述主控板14的主控芯片由dsp和fpga组成。

进一步的，所述控制器7与所述双目摄像头1、imu模块2、rfid阅读器3、超声波传感器6、电池5及开关磁阻电机8电性连接。

进一步的，所述主控板14分别与所述双目摄像头1、imu模块2、rfid阅读器3、超声波传感器6和编码器18电性连接；

所述主控板14与所述人机交互界面15电性连接。

进一步的，所述人机交互界面15通过本地规划所述智能搬运机器人的行驶路径对所述智能搬运机器人进行操作；

所述人机交互界面15的主控芯片为arm，所述人机交互界面15通过can或485与所述主控板14进行通讯。

如图3所示的一种基于开关磁阻电机的智能搬运机器人的控制方法，包括：

设定和发送所述智能搬运机器人要到达的目标站点，并对到达所述目标站点的路径进行规划；

收到所述目标站点的信息后，读取rfid标签中存储的位置信息、imu模块采集的三轴姿态及加速度信息和编码器采集得到的行驶里程信息，根据所述位置信息、三轴姿态及加速度信息和行驶里程信息得到所述智能搬运机器人当前所处的位置；

实时采集当前所处的位置周围的环境信息，将采集到的物体点云信号和图像信号进行传送；

控制超声波传感器实时向周围发出超声波信号，并接收返回的超声波信号；

启动开关磁阻电机，运行所述智能搬运机器人，根据接收到的所述物体点云信号和图像信号识别导航标识线和运行路线上的路况信息，控制智能搬运机器人沿标识线向前行驶；

通过所述物体点云信号和超声波信号判断当前所处的位置周围是否存在障碍物，当所述智能搬运机器人当前所处的位置周围不存在障碍物时，采用正常运行模式；

当所述智能搬运机器人当前所处的位置周围存在障碍物时，采用避障运行模式；

实时采集编码器的信号，得到所述智能搬动机器人当前的行驶里程信息，根据实时采集的rfid标签信号、imu信号和所述行驶里程信息得到所述智能搬运机器人当前所处的位置；

读取rfid标签发出的站点信息，根据所述站点信息判断是否为所述目标站点，当所述站点不是目标站点时，重复上述操作过程；

当所述站点是目标站点时，关闭开关磁阻电机，所述智能搬运机器人停止运行。

进一步的，所述智能搬动机器人的行驶里程：

s＝2*π*r/c*n；

其中，r为车轮半径，n为实时采集的编码器个数，c为差速器变比，n为编码器编码个数。

进一步的，当进入无标识线的区域，控制采集的所述图像信号、物体点云信号、三轴姿态、加速度信息及行驶里程信息进行路线重构，所述智能搬运机器人运行局部惯性导航模式，当下一标识线出现时，重新采用正常运行模式；

当所述智能搬运机器人在平地或上坡运行时，控制所述开关磁阻电机的工作状态为电动状态，当所述智能搬运机器人处于下坡运行时，控制所述开关磁阻电机工作状态为制动状态。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。