智能仓储物流机器人控制系统及控制方法与制作流程

本技术为智能仓储物流机器人控制系统及控制方法，包括机器人子系统、控制终端和UWB 定位基站，所述机器人子系统包括主控制板、从控制板、里程计、超声波传感器、电源换相模块、IMU、UWB标签、激光雷达、光电隔离模块、无刷直流电机驱动器、无刷直流电机、遥控接收机、多个推杆；UWB标签与UWB定位基站无线通讯，主控制板与UWB标签进行实时通讯，同时通过IIC与IMU进行实时通讯，主控制板通过USB与激光雷达进行实时通讯；同时主控制板控制无刷直流电机工作；从控制板与主控制板双向通讯，同时从控制板连接遥控接收机、里程计及超声波传感器；多个推杆通过电源换向模块与从控制板连接。在提高精度的前提下，增强系统运行的可靠性。

权利要求书

1.一种智能仓储物流机器人控制系统，包括机器人子系统、控制终端和UWB定位基站，其特征在于，

所述机器人子系统包括主控制板、从控制板、里程计、超声波传感器、电源换相模块、IMU、UWB标签、激光雷达、光电隔离模块、无刷直流电机驱动器、无刷直流电机、遥控接收机、用于机器人抬升或下降货架或物品的多个推杆；

所述主控制板为树莓派控制器，用于建构地图、自身定位、路径规划导航、运动控制、控制终端交互；所述从控制板用于超声波传感器测距、里程计数据采集、遥控器接收机信息采集与推杆的控制；

UWB标签与UWB定位基站无线通讯，主控制板通过串口通讯方式与UWB标签进行实时通讯，主控制板通过IIC与IMU进行实时通讯，主控制板通过USB与激光雷达进行实时通讯；同时主控制板通过光电隔离模块、无刷直流电机驱动器控制机器人上的无刷直流电机工作，

从控制板与主控制板双向通讯，同时从控制板连接遥控接收机、里程计及多个分布在机器人上的超声波传感器；多个推杆通过电源换向模块与从控制板连接；

主控制板与控制终端的上位机无线通讯，从控制板通过遥控接收机与手持遥控器通讯。

2.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述树莓派控制器为Raspberry Pi3model

B+微型电脑或树莓派4B；所述从控制板为意法半导体公司生产的STM32F103单片机。

3.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，IMU为MPU6050，激光雷达为思岚科技生产的RPLIDARA2，超声波传感器的型号为HC-SR04模块。

4.一种智能仓储物流机器人控制系统的控制方法，包括以下步骤：

1)智能仓储物流机器人通过手动遥控模式对所处现场环境进行激光雷达扫描，激光雷达通过USB数据接口将数据传至主控制板，主控制板处理数据并获得现场环境的地图信息；

2)从控制板实时将采集到的里程计传感器数据信息传输至主控制板；主控制板通过IIC与IMU 进行实时通讯，获得机器人的姿态角与加速度信息；主控制板将IMU与里程计获得的数据信息进行数据层融合，获取特征值；

3)主控制板通过USB与激光雷达进行实时通讯，获得机器人所处环境的相对位置信息；从控制板实时将采集到的超声波传感器数据信息传输至主控制板；主控制板将激光雷达与超声波

传感器获得的数据信息进行数据层融合，获取特征值；

4)主控制板通过串口通讯方式与UWB标签进行实时通讯，从而获得机器人与UWB定位基站的实时距离信息，通过卡尔曼滤波处理，再经三边定位算法计算后，最终获得机器人的自身所处环境的绝对位置信息特征值；

5)主控制板将里程计与IMU融合后获得的特征值、激光雷达与超声波传感器融合后获得的特征值与UWB获得的特征值利用改进的扩展卡尔曼滤波器进行特征层融合，最终获得机器人的位姿；

6)控制终端通过无线通讯方式实现与主控制板进行数据交互，从而实现机器人所处位置的实时显示，通过控制终端设定机器人的目的地后，通过A*算法对路径进行自动规划；

7)机器人按照规划的路径控制机器人的四台无刷直流电机，在机器人运行的过程中，从控制板通过实时采集四个超声波传感器获得机器人四周障碍物的实时距离，当与前进方向的距离小于设定距离后，机器人将立即停止并进行自主避障重新规划路径；

8)当机器人到达设定地点后，主控制板通过IIC通讯将控制命令传输至从控制板，从控制板通过电源换相模块控制推杆上升或下降动作；

9)机器人还可以通过手持遥控器进行人工手动控制，从控制板通过实时采集遥控接收机信号，实现对机器人的手动控制，从而实现机器人完成临时工作的功能。

5.根据权利要求4所述的控制方法，其特征在于，步骤2)和步骤3)中数据层融合均采用贝叶斯滤波算法进行融合。

6.根据权利要求4所述的控制方法，其特征在于，所述控制终端的人机界面上能对机器人的运行状态进行实时监控，包括电池电量显示、低压报警；同时能实时显示机器人的当前速度、障碍物的距离和机器人的旋转角度，具有传感器日志文件存储、错误信息报警功能。

7.一种权利要求1-6任一所述的智能仓储物流机器人控制系统的应用，其特征在于，该系统

能用于物料处理、酒店搬货、军事及危险场所机器人定位控制。

技术说明书

智能仓储物流机器人控制系统及控制方法

技术领域

本技术涉及一种移动机器人自主定位导航领域，具体涉及一种智能仓储物流机器人控制系统及控制方法。

背景技术

智能仓储物流机器正在越来越多被应用于工业上的分拣、包装、搬运等环节，代替人工运输货物，提高了工作效率。智能仓储物流机器人通过地面导航，自主避障，完成设定的工作过程。其中机器人的定位和导航是智能仓储物流机器人的关键技术，机器人的定位技术可分为绝对定位与相对定位两大类。相对定位测量的传感器主要有IMU以及里程计等，这一类的不足是误差会随着时间的推移逐渐累积；绝对定位主要采用视觉定位、即时定位与地图构建(SLAM)、基于信标的定位等，这一类传感器的不足是在环境异变的情况下，感知对象的不确定度增加，系统的不稳定性也随之增加。

由于单一传感器的定位技术存在一定的局限性，基于此，本技术融合激光雷达、UWB传感器、惯导传感器以及超声波传感器等多种定位技术，实现智能仓储物流机器人对现场环境的精确感知，提升了机器人的定位精度与可靠性。

技术内容