基于繪圖板程序的家政機器人室內定位系統實現

隨著經濟發展的高速化，人們的生活節奏也越來越快，家政機器人DR（Domestic Robot)，因能夠代替人完成家政服務工作而受到了更多都市市民的青睞。目前，低端DR以單一的輸入功能如清潔功能等重復性作業為主，缺乏與用戶的交互；高端DR雖然功能完善，但是價格昂貴，不易為普遍用戶接受。本文設計的系統是通過上位機的路線繪制程序與用戶進行交互，以低成本便捷的方式實現對DR的室內定位控制(Indoor Positioning Control)，具有很好的實用性。
1 系統結構
系統整體構架分為上位機信息發送系統和機器人子系統兩個部分。上位機端采用VB編寫的繪制路線程序作為可視控制平臺，實現房屋布局圖載入、行進路線繪制、坐標提取、路線信息計算與無線傳輸等功能。機器人處理子系統采用FPGA芯片作為核心處理器，結合SoPC技術和Verilog硬件描述語言以完成對FPGA芯片的配置、Nios II軟核實現路線信息的無線接收、提取路線信息。使用Verilog硬件描述語言搭建電機和舵機的PWM控制模塊,控制電機與舵機配合，完成路線的行駛。其系統框圖如圖1所示。

2.1.2 串口無線模塊
PC機路線繪制程序將信息打包通過串口傳輸到無線模塊CC1100-232后發送出去。CC1100是TI公司的高性能無線通信芯片，采用串口工作方式，可以工作在433 MHz/868 MHz/915 MHz公用頻段，串口速率為1.2 Kb/s～38.4 Kb/s。在無線傳感器、家庭自動化、機器人控制等領域有著廣泛的應用。
2.2 機器人子系統
機器人子系統的功能是實現路線信息的接收與執行，由FPGA處理器、CC1100-232無線模塊、機器人模型組成。
2.2.1 機器人模型
微元路線的準確實現需要機器人根據路線信息準確地行走，機器人模型設計的關鍵在于行進部分的設計，本系統的機器人行進部分由兩個從動輪、一個帶碼盤的驅動輪、光電對管TCRT5000和電機模組組成。驅動輪的電機模組分為130電機和5010舵機兩部分，電機與舵機安裝于驅動輪上，電機帶動驅動輪轉動，舵機帶動驅動輪旋轉。PWM波可以控制電機、舵機轉動，調節PWM波的占空比可以改變電機轉速和舵機的轉動角度。在驅動輪上帶有碼盤和光電對管TCRT5000，兩者結合可以準確地記錄驅動輪轉動了多少碼格。