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申请/专利权人:广州民航职业技术学院
申请日:2024-04-02
公开(公告)日:2025-01-17
公开(公告)号:CN118295414B
专利技术分类:
专利摘要:本发明涉及民航机务技术领域,特别是涉及基于嵌入式开发的飞机维修跟随机器人,包括:机器人本体、控制系统和驱动系统,所述控制系统和所述驱动系统设置在所述机器人本体上;所述控制系统用于采集标签定位和障碍物信息进行计算,获取速度控制信号;所述驱动系统用于基于所述速度控制信号驱动所述机器人本体进行移动。本发明采用自主设计的STM32F103ZET主控芯片以及稳定可靠的UWB与超声波避障技术,成功地优化了机务维修搬运工具的操作流程,提高了运输效率并降低了人工劳动强度。
专利权项:1.基于嵌入式开发的飞机维修跟随机器人,其特征在于,包括:机器人本体、控制系统和驱动系统,所述控制系统和所述驱动系统设置在所述机器人本体上;所述控制系统用于采集标签定位和障碍物信息进行计算,获取速度控制信号;所述驱动系统用于基于所述速度控制信号驱动所述机器人本体进行移动;所述机器人本体包括机身和底盘模块,所述机身和所述底盘模块固定连接,所述底盘模块带动所述机身进行移动,其中所述移动的逻辑为: 其中,V_left和V_right分别表示左侧和右侧车轮的线速度,Vx是车体的线速度,Vr为车体的角速度,L和R分别表示轴距与车轮半径;所述底盘模块采用差速四轮底盘,所述差速四轮底盘质量80KG,设计额定载荷80KG,最大载荷130KG,满载极限速度1.5ms,底盘尺寸983*614*434mm,配备4个200W直流无刷伺服电机;所述控制系统包括:定位模块、超声波检测模块和主控模块,所述定位模块用于采集标签的定位坐标;所述超声波检测模块用于采集所述机器人本体距周围障碍物的距离;所述主控模块用于对所述标签的定位坐标和所述机器人本体距周围障碍物的距离进行处理,获取所述速度控制信号;所述定位模块采集所述标签的定位坐标的方法为: 其中,distance_1为标签在平面直角坐标系与第一条天线的距离,distance_2为标签在平面直角坐标系与第二条天线的距离,Xat1,Yat1为第一条天线的坐标,Xat2,Yat2为第二条天线的坐标,Xtag,Ytag为标签在二维水平面中相对于双天线基站的坐标;所述超声波检测模块采集所述机器人本体距周围障碍物的距离的方法为: 其中,Distance为超声波传感器与物体之间的距离,Speed为超声波在空气中传播的速度,Time为超声波往返所需的时间;所述超声波检测模块采用四合一超声波传感器,传感器分布在所述差速四轮底盘的四个方向;所述主控模块包括STM32芯片,所述STM32芯片采用USART串口进行信息传输和控制,包括USART1、USART2和USART3,所述USART1为接收端口,用于搭载所述超声波检测模块;所述USART2为发送端口,用于向所述底盘模块发送控制指令;所述USART3为接收串口,用于接收所述定位模块回传的标签坐标;所述STM32芯片采用USART串口进行信息传输和控制包括:S1.启动STM32芯片并进行USART串口初始化;S2.采集标签的定位坐标和机器人本体距周围障碍物的距离,并经过USART串口传输至所述STM32芯片;S3.STM32芯片对所述标签的定位坐标和所述机器人本体距周围障碍物的距离进行处理,获取速度控制信号;S4.STM32芯片经过USART串口将所述速度控制信号传输至底盘;STM32芯片对所述标签的定位坐标和所述机器人本体距周围障碍物的距离进行处理包括:所述STM32芯片基于所述标签的定位坐标计算所述机器人本体达到所述标签的定位坐标的距离和角度;若所述距离小于预设第一距离阈值,启动刹车模式并下发至所述机器人本体,判断方法具体为: 其中,Xtag,Ytag为标签坐标,Distancemax为第一距离阈值;若所述距离大于预设第一距离阈值,则根据所述距离和角度计算所述跟随机器人固定时间内的线速度和角速度,并在所述跟随机器人距周围障碍物的距离大于预设第二距离阈值的情况下,将所述线速度和角速度下发至所述机器人本体,所述线速度和角速度的计算方法为: 其中,Vx为线速度,Vr为角速度,Tarrive为跟随机器人从当前位置到达标签位置所需的时间,Kexpand为转角扩散系数;若所述跟随机器人距周围障碍物的距离小于预设第二距离阈值,启动刹车模式并下发至所述机器人本体;所述跟随机器人还包括优化系统,所述优化系统用于对所述跟随机器人的急启动和急刹车进行速度优化,其中,对急启动进行速度优化的方法为: 式中,counter为计数器,coefficient为0-1区间的系数;对急刹车进行速度优化的方法为: 式中,DutyRatio为刹车指令的占空比,DISecho是超声波监测模块所测得的周围障碍距离,coefficient为0-1区间的系数,threshold为距离阈值。
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