智能门卫机器人移动底盘功能模块的设计

白岩松 窦英东 马超 韩子轩 于通

【摘要】随着机器人技术的不断迭代，以及智能化无人化的发展。社会有了新的需求，据资料显示，安保从业人员不足需求量的80%，需求缺口不少于112万人，需求即安保智能化，因此团队希望能够实现一种智能门卫机器人。智能门卫机器人是一个集环境感知、路线规划、动态决策、行为控制以及报警装置于一体的多功能综合系统。路线寻迹是其中重要的一个功能。本次简单设计智能门卫机器人的底部巡线功能块，采用arduino单片机作为小车底盘的控制核心;采用六路电磁传感器来检测轨迹线，传感器把信号反馈到单片机，使底部巡線功能块按照内部的程序跟踪轨迹线完成预定功能。

【关键词】智能门卫;路线循迹;电磁传感器;灰度传感器;arduino单片机

一、引言

智能化、无人化技术在时代发展中逐渐展现出其独特的优点，并且随着社会的发展，应用也越来越广泛。本文主要设计了一种智能门卫机器人的底部巡线功能块，总结概括了出现并存在的主要问题以及解决方案;另外，对智能安保机器人底部巡线功能块的基本结构及功能进行了阐述。

二、整体设计

1.机械结构设计

需要设计一种可移动底盘，使其具有负重、移动（包括前行，转弯，修正，掉头等组合运动）以及良好的稳定性。在实验室中团队对要设计的智能门卫机器人进行了模型搭建，对其比例团队进行了2：1的缩小。首先是负重，在材料上可移动底盘总体使用铝合金材料，使其在保证足够强度的条件下，还能保证整体的重量不会偏高，提高底盘的负载能力和灵活性。其次是保证整体的移动，可移动底盘设计两个独立轮作为前驱，由两个步进电机分别驱动，保证底盘可以进行正常的直行及转弯，在后面由一个万向轮保证其移动稳定。最后是稳定性，由于智能门卫机器人的设计环境是在室外对来往人员及车辆进行登记，并且需要保持一定的高度，所以其底盘必须具有稳固、不易倾倒的特点，因此团队将其设计成为圆形底盘，以保证其整体为一圆柱形，其作用可以极大的降低风阻，以保证其在室外环境的正常运行。

2.检测传感设计

可移动底盘需要在充电点与检测登记点之间自行往返，在充电点对机器人进行充能，在检测登记点对来往行人和车辆进行登记。而其中最重要的就是检测传感模块的正常运行，这也是最容易受到干扰的模块。检测传感模块主要负责对可移动底盘的位置进行检测，使其保证循迹线之上。检测传感模块分为两部分，其中主要模块为电磁传感模块，电磁传感模块又分为传感器和引导电磁线，引导电磁线浅埋于地下，减少了对环境的依赖性，脱离了传统光电传感器对于光源的依赖。但是电磁传感模块也同样存在缺点，出现问题时需要更长时间的检测维护。所以作为备用模块，检测传感模块还采用了光电模块对主要的电磁模块存在的问题进行弥补，而光电模块同样分为两部分，光电传感器和黑色引导线。备用模块的好处是当电磁模块出现问题，或者是当路线需要临时改变时，可以快速部署。检测传感部分采用主模块和备用模块结合提高了系统整体的兼容性，对复杂多变的环境有了更好的适应性。

3.动力能源设计

在实验室模型中，动力部分采用42步进电机进行实验，采用A4988驱动对电压调压接入电机，通过电压实现对速度的控制;能源部分采用两大容量12V锂电池为主要供电源，其能源补充部分采用无线充电模式，当底盘移动至充电点，通过重力开关使得充电装置开启，电源进入充电模式。

4.主控程序设计

底盘主控程序通过检测传感部分传回信号进行识别，由程序对信号进行分析处理然后负责对电机转速进行调控以实现对底盘移动的控制。底盘主控程序由底盘arduino单片机负责，但是底盘功能块理论上可以受上位机指控。

上位机在充电点进行对外界环境的监测，当监测到外人及未登记车辆进入登记点，上位机发出检测指令，底盘功能块接收到检测指令，执行循迹指令，到达检测登记点后停止，在检测登记点由顶部触控板完成登记后，由行人发布结束指令或者20秒内无人操作后，由上位机发出结束指令，底部功能块执行掉头及循迹回到充电点的指令，在充电点再一次掉头直到下次接收到检测指令。上位机还负责对障碍物实时监测，当监测到障碍物由上位机发出停止指令，高于底盘功能块任何命令，直到障碍物消失，底部功能块继续执行指令。

底盘功能块程序需要设计从充电点出发至检测登记点的启动，到检测登记点之前的正常循迹，到达检测登记点的停止，完成检测后的掉头，回到充电点的循迹，到达充电点的掉头停止，直到下次需要检测指令的发出。故主要设计循迹程序，然后和其它指令的循环嵌套，首先是障碍物停止指令，在所有程序之上，其次是启动及完成，最后是循迹。循迹程序采用卡位方案，当左侧三路传感器检测到数值超过预定正确区间证明需要整体向右转动，此时程序控制电机原地转向直至测量值进入合理区间，右侧同理，不断完成对底盘的位置矫正。其它程序需要对主控核心发出的指令接入串口，底部对串口接受的命令进行识别，完成底部功能块所有程序设计。

三、结论

本文设计的一种智能门卫机器人的底盘，经调试，实现了充电点与检测点之间的自动循迹与避障等功能，有助于安保管理员提高工作效率，同时本文设计思路为智能门卫机器人的底盘提供了一个可行性的选择，具有一定的实用性。

参考文献：

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