(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210549859.2 (22)申请日 2022.05.20 (71)申请人 东南大学 地址 210096 江苏省南京市玄武区四牌楼 2 号 (72)发明人 王翔宇　武权伟　潘涛　卫文超　 刘维明　李世华　 (74)专利代理 机构 南京众联专利代理有限公司 32206 专利代理师 薛雨妍 (51)Int.Cl. B25J 9/16(2006.01) (54)发明名称 基于嵌入式框架的多移动机器人协同控制 实验平台 (57)摘要 本发明公开了基于嵌入式框架的多移动机 器人协同控制实验平台， 包括多个轮式移动机器 人、 视觉定位系统以及一种嵌入式控制框架。 轮 式移动机器人主要包括采用麦克纳姆轮的移动 底盘， 设置于轮式底盘上的上位机、 下位机以及 电机驱动模块。 上位机中协同控制算法采用嵌入 式框架。 视觉定位系统主要包括摄像头和视觉信 息处理模块。 嵌入式框架将多轮式移动机器人协 调控制算法解耦为信号发生器层和跟踪控制器 层。 本发明与现有技术对比的优势在于： 平台的 计算单元拥有强大的算力， 能高效运行复杂算 法； 采用嵌入式框架， 降低了协 同控制算法设计 的复杂度， 提高了算法的可扩展性和普适性； 本 平台为开发者预留了丰富的软硬件接口， 供后期 升级以及二次开发。 权利要求书1页 说明书5页 附图3页 CN 114800518 A 2022.07.29 CN 114800518 A 1.一种基于嵌入式框架的多移动机器人协同控制实验平台， 其特征在于： 包括多个轮 式移动机器人和视觉定位系统， 所述轮式移动机器人硬件结构均相同且均具有四轮独立的 轮式移动底盘、 安置于轮式移动底盘上 的上位机、 安置于轮式移动底盘上 的下位机以及电 机驱动模块； 所述视觉定位系统由摄像头和视觉信息处理模块构成； 上位机与下位机通过 串口进行通信。 2.如权利要求1所述的一种基于嵌入式框架的多移动机器人协同控制实验平台， 其特 征在于： 所述轮式移动机器人移动底盘底部的驱动轮独立设置； 悬挂装置设在轮式移动机 器人移动底盘的底部； 驱动轮由直流编码电机和麦克纳姆轮构成， 其既提供动力又可 由编 码器采集电机的信息传输给下位机； 轮式移动机器人可以在不转向的情况下朝着任何方向 前进。 3.如权利要求2所述的一种基于嵌入式框架的多移动机器人协同控制实验平台， 其特 征在于： 所述下位机含基于STM32F405内核； 所述下位机包含电机驱动模块接口、 OLED接口 和MPU6050模块； 下位机通过电机驱动模块接口将PWM传输于电机驱动模块； OLED接口外接 OLED屏幕， 用于显示运行过程中的一些必要信息； MPU6050模块可用于测量轮式移动机器人 的速度和 加速度信息 。 4.如权利要求3所述的一种基于嵌入式框架的多移动机器人协同控制实验平台， 其特 征在于： 所述下位机预留了硬件拓展接口和相应的软件API接口， 所述软、 硬件接口均包括 了蓝牙模块接口、 CAN总线接口、 I2C接口。 5.如权利要求1所述的一种基于嵌入式框架的多移动机器人协同控制实验平台， 其特 征在于： 所述下位机与电机驱动模块采用同一块电压为 12V容量为2200mah的锂电池进行供 电； 其中锂电池对电机驱动模块直接供电； 对于下位机， 将锂电池12V电压降至3.3V之后对 单片机进行 供电。 6.如权利要求1所述的一种基于嵌入式框架的多移动机器人协同控制实验平台， 其特 征在于： 所述上位机为搭载了Ubuntu16.04系统和ROS(机器人操作系统)的Nvidia  Jetson  TX2上位机 。 7.如权利要求6所述的一种基于嵌入式框架的多移动机器人协同控制实验平台， 其特 征在于： 所述上位机包括若干个外 设接口； 所述上位机中算法采用嵌入式框架； 所述嵌入式 框架将分布式协调控制算法解耦为信号 发生器层和跟踪器控制层， 有效地降低了协同控制 算设计的复杂度， 增 加了协同控制算法的可扩展性和普适 性。 8.如权利要求1所述的一种基于嵌入式框架的多移动机器人协同控制实验平台， 其特 征在于： 将二 维码贴于移动机器人顶部， 通过识别二 维码来识别并定位移动机器人； 二 维码 采用10cm×10cm的二维码。 9.如权利要求1所述的一种基于嵌入式框架的多移动机器人协同控制实验平台， 其特 征在于： 所述视觉定位系统由摄像头和视觉信息处理器组成； 其中， 视觉信息处理器采用搭 载了Ubuntu16.04系统和ROS的Nvidia  Jetson TX2。 10.如权利要求1所述的一种基于嵌入式框架的多移动机器人协同控制实验平台， 其特 征在于： 所有的轮式移动机器人和视觉定位系统均在同一局域网中， 基于ROS构建的多机 通信机制， 任意两者之间均能相互通信。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 114800518 A 2基于嵌入式框架的多移动机 器人协同控制实验平台 [0001] 技术领域 [0002]本发明涉及轮式移动机器人技术领域， 尤其涉及基于嵌入式框架的多移动机器人 协同控制实验平台。 背景技术 [0003]移动机器人是各国家的工程控制研究者们都非常青睐的研究对象。 移动机器人技 术是衡量一个国家自动化、 智能化水平的重要标准， 其发展完全迎合了自动控制技术为人 类生活服 务的初衷。 [0004]在现代化的工程中， 单个移动机器人已经难以仅依靠自身完成复杂繁琐的工作任 务， 难以完成生产实践的工作指标， 于是多移动机器人系统进入了研究人员的视野中。 相比 较单个移动机器人而言， 多移动机器人系统具有 更强的适应性、 更高的鲁棒性、 更好的灵活 性等优势。 协同控制算法是多移动机器人完成任务的关键环节之一。 针对所设计的协调控 制算法进 行实验验证， 不仅能验证所设计算法的实用性， 还有助于发现所设计算法的不 足。 为了能够更好地、 更深入地研究多移动机器人系统协调控制算法， 相关研究人员需要一套 在可接受的成本内且满足其操作 精度要求的多移动机器人协同控制算法实验平台。 与此同 时， 目前大多 数协同控制算法均为基于协同误差直接进 行设计， 设计复杂度较高。 为了降低 协同控制算法设计的复杂度且提高算法的可拓展性和普适性， 相关研究人员需要一种设计 复杂度低且便 于应用的协同控制算法框架。 发明内容 [0005]为解决上述问题， 本发明公开了基于嵌入式框架的多移动机器人协同控制实验平 台， 主要包括多个轮式移动机器人、 视觉定位系统以及一种嵌入式框架。 各轮式移动机器人 与视觉定位系统之间能够两 两相互通信。 [0006]轮式移动机器人主 要由移动底盘、 上位机、 下位机以及电机驱动模块组成。 [0007]本发明中轮式移动机器人的上位机与视觉定位系统中视觉信息处理模块均采用 Nvidia Jetson TX2， 其彼此之间能相互通信。 轮式移动机器人的上位机还具有与下位机通 信和运行相关控制算法的功能。 上位机中协同控制算法采用嵌入式框架， 其将协调控制算 法分为信号发生器层和跟踪控制层。 [0008]本发明中下位机采用基于STM32 F405内核的单片机， 其主要功能有： 一方面负责将 编码器的信息转换为轮式移动机器人的速度， 并通过串口发送于上位机； 另一方面， 将收到 上位机发送的轮式移动机器人 的参考速度信息经过运算输出PWM信号， 进而通过电机驱动 模块驱动电机转动， 使轮式移动机器人达 到参考速度。 [0009]本发明中移动底盘主要由带悬挂的底盘和四个相互独立的驱动轮 组成。 直流编码 电机和麦克纳姆轮组成了驱动轮。说　明　书 1/5 页 3 CN 114800518 A 3