[发明专利]基于无线视频传输及PID复合控制的移动机器人系统

说明书

技术领域

本发明涉及无线图像传输、视频跟踪与目标识别、电机转速控制以及传感器检测等技术，适用于有毒场合、故障检测、未知区域探测以及窄小空间的环境探测、排障等领域。

背景技术

图像传输已广泛应用于各个领域，与传统的有线传输相比，无线图像传输无需布线，在安装监控、节点增加和节点的移动等方面都比较方便。尤其在一些空间狭小、人们到达不了的恶劣环境，更需要一种灵活机动的侦察系统来对周围的环境侦察并及时反馈，以利于快速判断、掌握故障所在，直至清除。

本发明着重于图像无线传输系统的搭建和数据传输方案以及图像识别技术的设计，并用移动机器人搭载图像采集、无线发送设备以及机械手臂，可在一些特殊的场合进行信息的采集、侦察以及处理发挥重要的作用。产品能通过上位机软件无线遥控移动机器人运动，同时把自身周围环境的实时视频图像、温湿度等信息发送回上位机软件显示，使得相关人员能知道移动机器人所处环境是否会对人们的生命安全造成伤害，由此可大大降低危险环境对人所造成的伤害。

发明内容

本发明为了解决上述技术问题，提供一种无线视频传输的移动机器人系统，本发明体积小巧、灵活方便，可用于不同的应用领域，本发明采用12V的电压供电，转换为3.3V、5V、6V，可为不同的芯片提供电压，安全性能好，并且有效的降低功耗。本发明能对人不易到达的地方进行图像采集、传输、处理与控制，使得监测信息一目了然。

本发明所采用的技术方案是：一种基于无线视频传输及PID复合控制的移动机器人系统，包括STM32和STC系列微处理器，其特征在于：所述的微处理器作为中央处理器，由移动机器人搭载的STM32，通过摄像头采集图像信息，并通过WIFI模块将采集的图像数据发送出去，由上位机软件显示并对视频数据进行处理实现视频识别和目标跟踪。STC89C52主控芯片读取各种传感器数据，通过运算得出最终结果，打包经串口发送至系统的核心处理器STM32F103ZET6，最后经无线网发送至上位机软件显示。此外，利用超声波模块进行避障和光电开关传感器模块进行防止移动机器人掉入悬崖之中。

本发明所述的微处理器是STM32F103ZET6和STC89C52嵌入式芯片。

本发明所述的超声波传感器位于移动机器人前部与后部用于避障。

本发明所述的光电传感器位于移动机器人前部与后部，用于防悬崖坠落。

本发明所述的系统图像采集使用通用的USB接口摄像头，可直接连接至WIFI模块，摄像头数据不经过系统控制器的处理，直接发送至WIFI模块，经WIFI模块发送至上位机软件显示。

本发明所述的控制算法采用位置式PID和Bang-Bang算法相结合，在刚刚起步以及紧急刹车的时候，控制器采用Bang-Bang算法，直到移动机器人起步后速度偏差在一定的范围内时，再使用PID调节器来调节移动机器人速度稳定在设定的速度。

本发明所述的控制方法是通过上位机软件向移动机器人发送控制命令，主控制器和WIFI模块之间通过串口交互数据，主要包括对移动机器人运动方向的控制和对移动机器人运动速度的控制。

本发明所述的移动机器人的方向控制，是上位机软件通过WIFI向下位机发送移动机器人方向舵机的角度值，下位机在控制舵机旋转此角度值，这样移动机器人的前轮角度便会发生变化，由此便可以控制移动机器人的运动方向。

本发明所述移动机器人的速度控制，利用上位机软件向下位机发送移动机器人运动速度的设定值。下位机在收到速度设定值之后，将速度设定值送入PID调节器，有PID调节器输入电机控制PWM占空比，控制直流电机转速，从而实现对移动机器人的速度控制。

附图说明

通过参照附图更详细地描述本发明的实施例，本发明的以上和其它方面及优点将变得更加清楚，在附图中：

图1系统模块框图；

图2机器人系统硬件框图；

图3电机驱动电路原理图；

图4编码器与移动机器人机械连接示意图；

图5上位机软件运行界面；

图6位置式PID程序设计流程图；

图7速度控制算法原理框图；

图8Bang-Bang算法调控速度效果波形图；

图9PID控制器最终调控波形图。

具体实施方式