一种机器人的行动纠偏系统及其方法与流程

本发明涉及机器人行动领域，公开了一种机器人的行动纠偏系统及其方法。

背景技术：

在日常生活中，人会因为生病的原因而身体不平衡导致发生摔倒的行为，摔倒时由于自身重量产生向前或向后的力，目前医学解释是身体的平衡能力不好，导致这种情况的原因有很多，最常见的是两个眼睛的视力存在巨大反差或者存在双眼的屈光不正，这种情况下两只眼睛成像不在同一焦点，也会影响平衡能力。

机器人技术是最近十年迅速发展起来的一门交叉学科，它需要机械设计、电子技术、计算机及智能控制等多学科的技术支持，具有自主导航能力；机器人在军事探测任务、危险排爆作业、工业生产运输、智能生活家居等领域被越来越广泛地应用。

现有技术中的机器人在进行一些环境恶劣，照明光线不足或者光线无法照射到的工作环境中，从而工作人员很难了解到内部的情况，从而导致机器人在工作时的信号也存在大小不同的干扰，这对机器人的工作造成了很大的困难。

而且在发生机器人工作轨迹偏移时，工作人员无法根据环境的情况进行纠偏工作，从而导致纠偏准确度下降，从而导致机器人工作失败或者导致机器人的工作时间增加，从而降低工作的效率。

技术实现要素：

发明目的：提供一种机器人的行动纠偏系统及其方法，以解决上述问题。

技术方案：一种机器人的行动纠偏系统，包括：

用于进行超声波信号发射与接收的收发单元；

用于进行外部环境温度检测的温度检测单元；

用于进行超声波信号的检测和稳定的信号处理单元；

用于进行信号转换的信号转换单元；

以及用于进行信号控制机器人纠偏工作的控制单元。

在一个实时例中，收发单元包括：信号发射模块和信号接收模块；

其中，所述信号发射模块包括：单片机u1、电阻r6、电阻r7、开关sw2、电阻r4、电阻r5、电容c3、电容c4、开关sw1、电阻r1、电容c1、电阻r2、电容c2、三极管q1、电阻r3、发射器ls1、与非门u2、晶振管x1；其中，所述单片机u1的33号引脚与所述电阻r6的一端连接，所述电阻r6的另一端与所述电阻r7的一端连接、且输入电源电压，所述电阻r7的另一端与所述开关sw2的一端连接，所述开关sw2的另一端接地，所述单片机u1的1号引脚与所述电阻r4的一端连接，所述电阻r4的另一端与所述电阻r5的一端连接、且输入电源电压，所述电阻r5的另一端与所述开关sw1的一端连接，所述开关sw1的另一端接地；所述单片机u1的13号引脚同时与所述晶振管x1的1号引脚和所述电容c3的一端连接，所述单片机u1的14号引脚同时与所述电容c4的一端和所述晶振管x1的2号引脚连接，所述电容c3的另一端与所述电容c4的另一端连接且接地，所述单片机u1的2号引脚与所述与非门u2的2号引脚连接，所述单片机u1的3号引脚与所述与非门u2的3号引脚连接，所述与非门u2的1号引脚同时与所述电容c1的一端和所述电阻r1的一端连接，所述三极管q1的基极与所述电容c1的一端连接，所述三极管q1的集电极同时与所述电阻r2的一端和所述电容c2的一端连接，所述电阻r1的另一端与所述电阻r2的另一端连接，所述电阻r3的一端同时与所述电容c2的另一端和所述发射器ls1的一端连接，所述电阻r3的另一端同时与所述三极管q1的发射极和所述发射器ls1的另一端连接、且与所述三极管q1的发射极接地。

在一个实时例中，信号接收模块包括：接收芯片u8、接收器ls2、晶振管x2、电容c10；其中，所述接收芯片u8的4号引脚与所述接收器ls2的一端连接，所述接收器ls2的另一端接地，所述接收芯片u8的1号引脚、2号引脚、3号引脚接地，所述接收芯片u8的13号引脚与所述晶振管x2的1号引脚连接，所述晶振管x2的2号引脚接地，所述接收芯片u8的6号引脚与5号引脚连接且输入电源电压，所述接收芯片u8的7号引脚与所述电容c10的一端连接，所述电容c10的另一端接地，所述接收芯片u8的9号引脚、11号引脚连接且接地，所述接收芯片u8的10号引脚输出信号。

在一个实时例中，温度检测单元包括：温度传感器u9、电容c11、电容c12、电阻r27、电阻r28、电容c13、电阻r29、电阻r30、电容c14、放大器u10；其中，所述温度传感器u9的1号引脚与所述电容c11的一端连接且输入电压，所述温度传感器u9的2号引脚同时与所述电容c12的一端和所述电阻r27的一端连接，所述电阻r27的另一端同时与所述电容c13的一端和所述电阻r28的一端连接，所述温度传感器u9的3号引脚同时与所述电容c11的另一端和所述电容c12的另一端连接且接地，所述放大器u10的2号引脚与所述电阻r28的另一端连接，所述电容c13的另一端同时与所述电容c12的另一端和所述电容c14的另一端连接，所述放大器u10的3号引脚同时与所述电阻r29的一端和所述电阻r30的一端连接，所述电阻r29的另一端接地，所述放大器u10的1号引脚同时与所述电阻r30的另一端与所述电容c14的另一端连接且输出。

在一个实时例中，信号处理单元包括：信号放大模块、信号滤波模块、以及信号整形模块；

其中，所述信号放大模块包括：电阻r9、电阻r10、电阻r6、电阻r11、电阻r12、电阻r13、电阻r14、电阻r15、放大器u3、放大器u4；其中，所述电阻r8的一端同时与所述电阻r9的一端和所述电阻r10的一端连接且输入信号，所述电阻r10的另一端接地，所述放大器u3的2号引脚与所述电阻r8的另一端连接，所述放大器u3的3号引脚同时与所述电阻r11的一端和所述电阻r12的一端连接，所述电阻r11的另一端接地，所述放大器u3的1号引脚同时与所述电阻r12的另一端和所述电阻r13的一端连接，所述放大器u4的2号引脚与所述电阻r13的另一端连接，所述放大器u4的3号引脚同时与所述电阻r14的一端和所述电阻r15的一端连接，所述电阻r14的另一端接地，所述放大器u4的1号引脚与所电阻r15的另一端连接且输出信号，所述放大器u3的8号引脚与所述放大器u4的4号引脚输入+15v电压，所述放大器u3的4号引脚与所述放大器u4的8号引脚输入-15v电压。

在一个实时例中，信号滤波模块包括：电阻r17、电容c6、电容c5、电阻r16、电阻r18、电阻r19、带通滤波器u5、比较器u6、电阻r20、电容c7、电阻r21、稳压危机感d1；其中，所述电阻r17的一端输入信号，所述电阻r17的另一端同时与所述电容c6的一端、所述电阻r20的一端和所述电容c5的一端连接，所述电容c6的另一端接地，所述电容c5的另一端同时与所述电阻r18的一端和所述带通滤波器u5的3号引脚连接，所述电阻r18的另一端接地，所述带通滤波器u5的2号引脚同时与所述电阻r19的一端和所述电阻r16的一端连接，所述电阻r16的另一端接地，所述带通滤波器u5的1号引脚同时与所述电阻r20的另一端、所述比较器u6的3号引脚和所述电阻r19的另一端连接，所述比较器u6的2号引脚与所述电容c7的一端连接，所述比较器u6的1号引脚同时与所述电阻r21的一端和所述电容c7的另一端连接，所述电阻r21的另一端与所述稳压二极管d1的负极连接、且输出信号，所述稳压二极管d1的正极接地。

在一个实时例中，信号整形模块包括：电容c8、电阻r22、电容c9、非门u7a、非门u7b；其中，所述电容c8的一端输入信号，所述电容c8的另一端同时与所述电阻r22的一端和所述非门u7a的1号引脚连接，所述非门u7a的2号引脚与所述非门u7b的3号引脚连接，所述非门u7b2的4号引脚同时与所述电阻r22的另一端和所述电容c9的一端连接，所述电容c9的另一端输出。

在一个实时例中，单片机的型号为pic16f877，接收芯片的型号为micrf002，温度传感器u9的型号为lm35。

在一个实时例中，控制单元包括；驱动模块；其中，所述驱动模块包括：电阻r25、电阻r23、电阻r24、电阻r26、mos管m1、mos管m2、mos管m3、mos管m4、mos管m2、mos管m3、电机；其中，所述电阻r25的一端输入信号，所述电阻r26的一端输入信号，所述电阻r25的另一端与所述mos管m1的栅极连接，所述mos管m1的源极与所述电阻r23的一端连接，所述mos管m1的漏极与所述mos管m2的栅极连接，所述电阻r23的另一端与所述mos管q3的栅极连接，所述mos管q3的源极与所述mos管q2的源极连接，所述mos管q2的栅极与所述电阻r24的一端连接，所述mos管q2的漏极同时与所述mos管m2的源极和所述电机的一端连接，所述mos管m2的漏极与所述mos管m3的漏极连接且接地，所述mos管m3的源极同时与所述mos管q3的漏极和所述电机的另一端连接，所述mos管m3的栅极与所述mos管m4的漏极连接，所述mos管m4的源极与所述电阻r24的另一端连接，所述mos管m4的栅极与所述电阻r26的另一端连接。

一种机器人的行动纠偏系统的工作方法，当机器人在进行光线强度较弱，无法进行准确识别外部情况的环境下进行工作纠偏时，机器人会启动超声波感应定位，从而进行行动纠偏；具体步骤如下：

步骤1、利用进行超声波信号发射和接收的收发单元进行超声波的发射与超声波接收，同时收发单元包括：利用单片机产生超声波、且利用发射器进行发射的信号发射模块，和利用接收芯片和接收器进行信号接收的信号接收模块；同时在进行接收信号工作完成后，会对接收信号进行调理从而进行输入控制；

根据步骤1可以进一步得到：

步骤2、当信号接收后，接收器接收到的超声波信号很微弱，所以在接收后需要进行超声波接收信号的调节与稳定，从而需要通过信号调理单元进行完成，通过信号调理单元中的信号放大模块进行信号放大，其次通过信号滤波模块进行放大信号中的滤波，从而消除信号的干扰信号，最后通过信号整形模块输出稳定的方波信号；

根据步骤3可以进一步得到：

步骤3、在进行完成信号调理后，信号通过信号转换单元进行模拟信号转换成数字信号，从而可以得知机器人与障碍的距离和机器人偏离正常轨道的距离，从而信号传送至控制单元，从而机器人进行自动纠偏，从而控制单元中的驱动模块进行驱动机器人内部的电机进行纠偏工作。

优选的，通过发射超声波信号，会向机器人工作的三维面进行发射信号，具体步骤如下：

步骤4、通过超声波的速度，与信号发出时间和反馈回来接收的时间可以得到：

此公式为超声波测距的公式，其中距离用s表示，超声波的传输速度用c表示，超声波发射与接收的时间用t表示；

在机器人利用超声波向前进的三个方向发射超声波时，我们利用三维坐标可以得到三个距离s1、s2、s2；其中距离的坐标为：

s1（x1，y1，z1）；

s2（x2，y2，z2）；

s3（x2，y3，z3）；

从而通过三个距离可以准确的定位到机器人的空间位置，同时在进行对三个接收信号进行输出；从而进行机器人的行动纠偏。

优选的，在进行机器人超声波测距时，外部环境的温度也是影响距离准确性的因素，所以在进行超声波信号发射的时候，机器人也会进行同时进行外部温度的采集，通过温度传感器u9进行温度采集，同时温度信号会转换为电压信号，与输入的工作电压信号进行比较，通过放大器u10进行运算放大，从而得出温度的温差大小，从而输出温度信号至控制单元，从而在对机器人进行纠偏可以保证距离的准确性。

有益效果：本发明通过在进行机器人超声波测距时，外部环境的温度也是影响距离准确性的因素，所以在进行超声波信号发射的时候，机器人也会进行同时进行外部温度的采集，从而可以保证超声波测距的准确性，且当信号接收后，接收器接收到的超声波信号很微弱，所以在接收后需要进行超声波接收信号的调节与稳定，从而需要通过信号调理单元进行完成，通过信号调理单元中的信号放大模块进行信号放大，其次通过信号滤波模块进行放大信号中的滤波，从而消除信号的干扰信号，最后通过信号整形模块输出稳定的方波信号；本发明利用超声波进行距离检测，从而可以有效的完成机器人在恶劣条件下的工作，同时利用温度检测可以减小超声波的温差，从而提高检测的准确性，从而可以提高机器人的工作效率。

附图说明

图1是本发明的工作流程图。

图2是本发明的超声波工作示意图。

图3是本发明的收发单元电路图。

图4是本发明的信号处理单元电路图。

图5是本发明的温度检测单元电路图。

图6是本发明的驱动模块电路图。

具体实施方式

如图1所示，在该实施例中，一种机器人的行动纠偏系统及其方法，包括：收发单元、温度检测单元、信号处理单元、信号转换单元、控制单元。

如图3所示，收发单元包括：信号发射模块和信号接收模块；

其中，信号发射模块包括：单片机u1、电阻r6、电阻r7、开关sw2、电阻r4、电阻r5、电容c3、电容c4、开关sw1、电阻r1、电容c1、电阻r2、电容c2、三极管q1、电阻r3、发射器ls1、与非门u2、晶振管x1；信号接收模块包括：接收芯片u8、接收器ls2、晶振管x2、电容c10。

如图4所示，信号处理单元包括：信号放大模块、信号滤波模块、以及信号整形模块；

其中，信号放大模块包括：电阻r9、电阻r10、电阻r6、电阻r11、电阻r12、电阻r13、电阻r14、电阻r15、放大器u3、放大器u4；信号滤波模块包括：电阻r17、电容c6、电容c5、电阻r16、电阻r18、电阻r19、带通滤波器u5、比较器u6、电阻r20、电容c7、电阻r21、稳压危机感d1；信号整形模块包括：电容c8、电阻r22、电容c9、非门u7a、非门u7b。

如图5所示，温度检测单元包括：温度传感器u9、电容c11、电容c12、电阻r27、电阻r28、电容c13、电阻r29、电阻r30、电容c14、放大器u10。

如图6所示，控制单元包括；驱动模块；其中，所述驱动模块包括：电阻r25、电阻r23、电阻r24、电阻r26、mos管m1、mos管m2、mos管m3、mos管m4、mos管m2、mos管m3、电机。

在进一步的实施例中，所述单片机u1的33号引脚与所述电阻r6的一端连接，所述电阻r6的另一端与所述电阻r7的一端连接、且输入电源电压，所述电阻r7的另一端与所述开关sw2的一端连接，所述开关sw2的另一端接地，所述单片机u1的1号引脚与所述电阻r4的一端连接，所述电阻r4的另一端与所述电阻r5的一端连接、且输入电源电压，所述电阻r5的另一端与所述开关sw1的一端连接，所述开关sw1的另一端接地；所述单片机u1的13号引脚同时与所述晶振管x1的1号引脚和所述电容c3的一端连接，所述单片机u1的14号引脚同时与所述电容c4的一端和所述晶振管x1的2号引脚连接，所述电容c3的另一端与所述电容c4的另一端连接且接地，所述单片机u1的2号引脚与所述与非门u2的2号引脚连接，所述单片机u1的3号引脚与所述与非门u2的3号引脚连接，所述与非门u2的1号引脚同时与所述电容c1的一端和所述电阻r1的一端连接，所述三极管q1的基极与所述电容c1的一端连接，所述三极管q1的集电极同时与所述电阻r2的一端和所述电容c2的一端连接，所述电阻r1的另一端与所述电阻r2的另一端连接，所述电阻r3的一端同时与所述电容c2的另一端和所述发射器ls1的一端连接，所述电阻r3的另一端同时与所述三极管q1的发射极和所述发射器ls1的另一端连接、且与所述三极管q1的发射极接地。

在进一步的实施例中，所述接收芯片u8的4号引脚与所述接收器ls2的一端连接，所述接收器ls2的另一端接地，所述接收芯片u8的1号引脚、2号引脚、3号引脚接地，所述接收芯片u8的13号引脚与所述晶振管x2的1号引脚连接，所述晶振管x2的2号引脚接地，所述接收芯片u8的6号引脚与5号引脚连接且输入电源电压，所述接收芯片u8的7号引脚与所述电容c10的一端连接，所述电容c10的另一端接地，所述接收芯片u8的9号引脚、11号引脚连接且接地，所述接收芯片u8的10号引脚输出信号。

在进一步的实施例中，所述温度传感器u9的1号引脚与所述电容c11的一端连接且输入电压，所述温度传感器u9的2号引脚同时与所述电容c12的一端和所述电阻r27的一端连接，所述电阻r27的另一端同时与所述电容c13的一端和所述电阻r28的一端连接，所述温度传感器u9的3号引脚同时与所述电容c11的另一端和所述电容c12的另一端连接且接地，所述放大器u10的2号引脚与所述电阻r28的另一端连接，所述电容c13的另一端同时与所述电容c12的另一端和所述电容c14的另一端连接，所述放大器u10的3号引脚同时与所述电阻r29的一端和所述电阻r30的一端连接，所述电阻r29的另一端接地，所述放大器u10的1号引脚同时与所述电阻r30的另一端与所述电容c14的另一端连接且输出。

在进一步的实施例中，所述电阻r8的一端同时与所述电阻r9的一端和所述电阻r10的一端连接且输入信号，所述电阻r10的另一端接地，所述放大器u3的2号引脚与所述电阻r8的另一端连接，所述放大器u3的3号引脚同时与所述电阻r11的一端和所述电阻r12的一端连接，所述电阻r11的另一端接地，所述放大器u3的1号引脚同时与所述电阻r12的另一端和所述电阻r13的一端连接，所述放大器u4的2号引脚与所述电阻r13的另一端连接，所述放大器u4的3号引脚同时与所述电阻r14的一端和所述电阻r15的一端连接，所述电阻r14的另一端接地，所述放大器u4的1号引脚与所电阻r15的另一端连接且输出信号，所述放大器u3的8号引脚与所述放大器u4的4号引脚输入+15v电压，所述放大器u3的4号引脚与所述放大器u4的8号引脚输入-15v电压。

在进一步的实施例中，信号滤波模块包括：电阻r17、电容c6、电容c5、电阻r16、电阻r18、电阻r19、带通滤波器u5、比较器u6、电阻r20、电容c7、电阻r21、稳压危机感d1；其中，所述电阻r17的一端输入信号，所述电阻r17的另一端同时与所述电容c6的一端、所述电阻r20的一端和所述电容c5的一端连接，所述电容c6的另一端接地，所述电容c5的另一端同时与所述电阻r18的一端和所述带通滤波器u5的3号引脚连接，所述电阻r18的另一端接地，所述带通滤波器u5的2号引脚同时与所述电阻r19的一端和所述电阻r16的一端连接，所述电阻r16的另一端接地，所述带通滤波器u5的1号引脚同时与所述电阻r20的另一端、所述比较器u6的3号引脚和所述电阻r19的另一端连接，所述比较器u6的2号引脚与所述电容c7的一端连接，所述比较器u6的1号引脚同时与所述电阻r21的一端和所述电容c7的另一端连接，所述电阻r21的另一端与所述稳压二极管d1的负极连接、且输出信号，所述稳压二极管d1的正极接地。

在进一步的实施例中，所述电容c8的一端输入信号，所述电容c8的另一端同时与所述电阻r22的一端和所述非门u7a的1号引脚连接，所述非门u7a的2号引脚与所述非门u7b的3号引脚连接，所述非门u7b2的4号引脚同时与所述电阻r22的另一端和所述电容c9的一端连接，所述电容c9的另一端输出。

在进一步的实施例中，所述电阻r25的一端输入信号，所述电阻r26的一端输入信号，所述电阻r25的另一端与所述mos管m1的栅极连接，所述mos管m1的源极与所述电阻r23的一端连接，所述mos管m1的漏极与所述mos管m2的栅极连接，所述电阻r23的另一端与所述mos管q3的栅极连接，所述mos管q3的源极与所述mos管q2的源极连接，所述mos管q2的栅极与所述电阻r24的一端连接，所述mos管q2的漏极同时与所述mos管m2的源极和所述电机的一端连接，所述mos管m2的漏极与所述mos管m3的漏极连接且接地，所述mos管m3的源极同时与所述mos管q3的漏极和所述电机的另一端连接，所述mos管m3的栅极与所述mos管m4的漏极连接，所述mos管m4的源极与所述电阻r24的另一端连接，所述mos管m4的栅极与所述电阻r26的另一端连接。

工作原理：当机器人在进行光线强度较弱，无法进行准确识别外部情况的环境下进行工作纠偏时，机器人会启动超声波感应定位，从而进行行动纠偏；利用进行超声波信号发射和接收的收发单元进行超声波的发射与超声波接收，同时收发单元包括：利用单片机产生超声波、且利用发射器进行发射的信号发射模块，和利用接收芯片和接收器进行信号接收的信号接收模块；同时在进行接收信号工作完成后，会对接收信号进行调理从而进行输入控制；

当进行超声波测距时，温度检测单元进行工作，通过温度传感器u9进行温度采集，同时温度信号会转换为电压信号，与输入的工作电压信号进行比较，通过放大器u10进行运算放大，从而得出温度的温差大小，从而输出温度信号至控制单元，从而在对机器人进行纠偏可以保证距离的准确性；

单片机u1通电产生超声波信号，此时开关sw1进行闭合，从而超声波信号通过与非门u2进行闸门输出，通过电阻r1与电阻r2进行分压输入三极管q1，其中并联电容c1是为了消除信号杂波，从而通过三极管q1配合电容c2、电阻r3组成的放大电路进行放大电流，从而此时开关sw2进行闭合，同时单片机u1内部的定时器进行启动，从而开始计数，从而经过发射器ls1进行放大发射输出；

当在机器人利用超声波向前进的三个方向发射超声波时，我们利用三维坐标可以得到三个距离，同时将这些信号通过信号接收模块进行接收，接收器ls2接收信号，通过接收芯片u8的4号引脚输入，同时接收芯片u8的13号引脚接晶振管x2，从而组成时钟电路，当有信号输入，从而可以记录信号进入的时间；

由于信号接收模块接收的超声波信号微弱，从而无法直接进行转换控制，从而通过信号调理单元进行稳定，首先通过信号放大模块中的放大器u3与放大器u4进行一次集成运算放大与二次集成运算放大，其中信号通过放大器u4的1号引脚输出至信号滤波模块，通过电阻r17进行保护输入，此时带通滤波器u5进行滤波输出，同时通过比较器u6进行过零比较，从而输出信号转换为方波信号进行输出、且输出至信号整形模块，通过非门u7a与非门u7b进行串联、且并联电阻r22进行整形输出，电容c9与电容c8进行滤波，从而进行信号输出至信号转换单元中；

方波信号通过传送至信号转换单元转换为数字信号，同时温度信号也进行传送至信号转换单元，同时控制单元通过对比和计算，从而可以得出准确的距离位置，从而利用驱动模块进行机器人电机的驱动，从而进行纠偏；当进行向左纠偏时，信号通过电阻r25输入，从而此时mos管m1此时导通，从而mos管q3与mos管m2导通，从而导致mos管q2与mos管m3进行截止，从而促使电机进行向左纠偏，反之当进行向右纠偏时，信号通过电阻r26输入，从而此时mos管m4此时导通，从而mos管q2与mos管m3导通，从而导致mos管q3与mos管m2进行截止，从而促使电机进行向右偏。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

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