本發明專利技術公開了一種雙核三軸四輪變結構高速微微鼠探索控制器，包括微微鼠殼體、車輪、第一紅外傳感器、第二紅外傳感器、第三紅外傳感器、第四紅外傳感器、第五紅外傳感器、第六紅外傳感器、第一高速直流伺服電機、第二高速直流伺服電機、真空吸附電機、第一磁電編碼器、第二磁電編碼器以及運動傳感器，還包括控制板，所述的控制板采用雙核控制器，包括ARM和FPGA，所述的ARM與FPGA進行通信連接。通過上述方式，本發明專利技術提高了雙核微微鼠全數字伺服系統的穩定性，有效防止了微微鼠在高速迷宮探索時的地面打滑，避免了微微鼠遠遠偏離中心位置現象的發生，同時提高了微微鼠的速度和位移的精確性，也保證了微微鼠探索迷宮的準確性。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及一種雙核三軸四輪變結構高速微微鼠（PICOMOUSE）自動探索迷宮控制系統，屬于微型迷宮機器人領域。
技術介紹
隨著微電子技術、計算機控制技術的不斷進步，國外專家在微電腦鼠求解迷宮的技術基礎之上提出了一種更具有挑戰性的迷宮機器人---微微鼠，其常用二維結構如圖1所示。為增強迷宮復雜程度以及老鼠求解迷宮的難度，迷宮擋墻由原有的180mm變成了90mm，原有的迷宮由16*16格變成了32*32格，新的迷宮二維結構如圖2所示。電源一旦打開，微微鼠全程完全依靠自身攜帶的傳感器自動導航，并求解由1024個迷宮格組成的各種復雜迷宮，能夠快速從起點找到一條到達設定目標點的最佳路徑，然后以最快的速度沖刺到終點。微微鼠作為一種新型的迷宮機器人技術，每年世界上有諸多國家和地區在展開這種技術的競爭，并具有不同的競賽規則，微微鼠在整個迷宮中的行走分為兩部分：探索和沖刺，相應花費的時間為探索時間TS和沖刺時間TD以及由于違規而出現的加罰時間TP，微微鼠的最終性能TIME由TS、TD和TP來決定，其中最具有代表性的是日本、美國、英國和新加坡。日本規則如下：TIME=TD；美國規則如下：TIME=TS/30+TD+TP，其中TP為微微鼠出現故障的加罰時間；英國規則如下：TIME=TS/30+TD+TP，其中TP為微微鼠出現故障的加罰時間；新加坡規則如下：TIME=TS/60+TD+TP，其中TP為微微鼠出現故障的加罰時間。從上面的國際規則可以看出，微微鼠探索求解迷宮在微微鼠的整個運動中占有非常重要的位置，一旦微微鼠探索迷宮失敗，微微鼠的整個功能也就無法實現。微微鼠在迷宮中探索過程中要時刻判斷周圍的環境，然后傳輸參數到控制器，由控制器反復控制其在迷宮方格中精確的加速和減速運動。一只優秀的微微鼠探索迷宮并成功求解迷宮必須具備良好的感知能力，有良好的行走能力，優秀的智能算法，否則將無法完成任務。如果采用現有的簡易算法和結構實現微微鼠探索迷宮，在實踐中發現：（1）由于求解迷宮數目的大量增加，且迷宮探測設置點不在是原有的迷宮中心，而是迷宮中的任意一格，使得原有的簡易微微鼠求解迷宮技術無法求解現有的復雜迷宮；（2）由于微微鼠尺寸的大幅減少，如果微微鼠采用圖1中的六組傳感器技術探索如此復雜迷宮，在一些對探索有時間要求的國際規則中，受單核處理器處理速度影響，經常會出現探索時間較長的現象發生，最終導致微微鼠競爭失敗；（3）一些簡易微微鼠樣機單核伺服系統采用比較低級的芯片和算法，使得微微鼠在迷宮當中的探索一般都要花費較長的時間，不僅消耗了大量電池的能量，而且在真正的大賽中也無法取勝；（4）由于迷宮擋墻尺寸的減少，使得微微鼠單格探索運行的距離減少，微微鼠在探索過程中的頻繁剎車和啟動加重了單核控制器的工作量，單核控制器無法滿足微微鼠快速探索啟動和停車的要求；（5）對于兩輪驅動的微微鼠來說一般要求驅動其運動的兩個電機PWM控制信號要同步，受計算能力的限制單核伺服系統很難滿足這一條件，微微鼠在直道上行駛時不能準確的行走在中線上，在高速行走時很容易撞到迷宮擋墻，導致任務失敗；（6）由于受單核控制器容量和算法影響，微微鼠無法存儲迷宮信息，當遇到掉電情況時所有的信息將消失，這使得整個探索過程要重新開始；（7）單核控制微微鼠在迷宮行走時，易于受到外界干擾，由于沒有進行及時補償導致微微鼠碰撞迷宮擋墻，最終無法完成任務；（8）兩輪微微鼠探索伺服系統在加速探索時由于重心后移，使得老鼠前部輕飄，即使在良好的路面上微微鼠也會打滑，有可能導致撞墻的現象出現，不利于高速微微鼠的發展；（9）兩輪微微鼠探索伺服控制系統如果設計不當造成重心前偏，將導致驅動輪上承受的正壓力減小，這時微微鼠系統更加容易打滑，也更容易走偏，導致導航失敗；（10）兩輪微微鼠探索伺服系統如果設計不當造成重心側偏將導致兩個驅動輪承受的正壓力不同，在快速啟動時兩輪打滑程度不一致，瞬間就偏離軌跡，轉彎時，其中正壓力小的輪子可能打滑，導致轉彎困難；（11）由于傳統的微微鼠探索伺服系統多采用光電編碼器實現老鼠的速度和位置的反饋，由于光電編碼器的體積較大，使得微微鼠的體積相對較大，不利于微微鼠的微型化發展；（12）由于比賽場地的灰塵較大，特別是迷宮經過多次比賽后，迷宮地板上吸附的灰塵較大，使得快速行駛的微微鼠很容易打滑，導致搜索的迷宮信息錯誤，最終微微鼠無法完成探索任務；（13）由于傳統微微鼠探索伺服系統采用的集成驅動芯片體積較大，微微鼠的體積無法微型化且重量較大，在相同功率直流伺服電機驅動下無法取得足夠大的加速度，系統的加速性能較弱；（14）基于單核控制的微微鼠全數字伺服系統既要處理各種光電傳感器信號和迷宮信息，而且還有處理微微鼠的多軸伺服控制，使得處理器的工作量較大，極大了影響了微微鼠速度的提高和穩定性。微微鼠探索求解迷宮是國際新興的一門技術， 由于微微鼠技術的難度較高以及迷宮設計的復雜性，導致國內還沒有研發此機器人的單位。本專利技術借助現有的先進控制技術以及先進控制芯片設計一種雙核三軸四輪帶真空吸附的變結構高速微微鼠探索迷宮伺服控制器。
技術實現思路
本專利技術主要解決的技術問題是提供一種雙核三軸四輪變結構高速微微鼠探索控制器，為克服單核控制器不能滿足微微鼠高速探索時穩定性和快速性的要求，舍棄了國產微電腦鼠所采用的單核工作模式，在吸收國外先進控制思想的前提下，自主研發了基于ARM(STM32F405)+FPGA(A3P250)的全新雙核三軸四輪變結構微微鼠探索伺服控制器，控制板以FPGA（A3P250）為處理核心來產生三軸伺服系統PWM波，STM32F405把外界環境轉化后向A3P250發送位置、速度、加速度等指令值，A3P250再結合磁電編碼器M1和M2的反饋生成兩軸探索伺服控制系統的PWM波，經驅動橋A3906SESTR-T放大后驅動微微鼠高速前進。STM32F405從復雜的工作當中解脫出來，實現部分的信號處理算法和A3P250的響應中斷，實現數據通信和存儲實時信號。為解決上述技術問題，本專利技術采用的一個技術方案是：提供了一種雙核三軸四輪變結構高速微微鼠探索控制器，包括微微鼠殼體、車輪、第一紅外傳感器、第二紅外傳感器、第三紅外傳感器、第四紅外傳感器、第五紅外傳感器、第六紅外傳感器、第一高速直流伺服電機、第二高速直流伺服電機、真空吸附電機、第一磁電編碼器、第二磁電編碼器以及運動傳感器，四個所述的車輪分別兩兩設置在微微鼠殼體的左右兩側邊，所述的第一紅外傳感器和第六紅外傳感器分別設置在微微鼠殼體的左右兩側邊并位于車輪的前端，所述的第二紅外傳感器和第五紅外傳感器設置在微微鼠殼體的前端，所述的第三紅外傳感器斜向設置在第一紅外傳感器和第二紅外傳感器之間，所述的第四紅外傳感器斜向設置在第五紅外傳感器和第六紅外傳感器之間，所述的第一高速直流伺服電機和第二高速直流伺服電機分別安裝在微微鼠殼體的左右兩邊并位于兩個車輪之間的位置，所述的真空吸附電機設置在第一高速直流伺服電機和第二高速直流伺服電機上方的中間位置，所述的第一磁電編碼器和第二磁電編碼器分別設置在第一高速直流伺服電機和第二高速直流伺服電機的下方，所述的運動傳感器設置在真空吸附電機的下方，其中，所述的第三傳感器和第四傳感器斜向設置時與Y軸之間的夾角大小為：，還本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種雙核三軸四輪變結構高速微微鼠探索控制器，其特征在于，包括微微鼠殼體、車輪、第一紅外傳感器、第二紅外傳感器、第三紅外傳感器、第四紅外傳感器、第五紅外傳感器、第六紅外傳感器、第一高速直流伺服電機、第二高速直流伺服電機、真空吸附電機、第一磁電編碼器、第二磁電編碼器以及運動傳感器，四個所述的車輪分別兩兩設置在微微鼠殼體的左右兩側邊，所述的第一紅外傳感器和第六紅外傳感器分別設置在微微鼠殼體的左右兩側邊并位于車輪的前端，所述的第二紅外傳感器和第五紅外傳感器設置在微微鼠殼體的前端，所述的第三紅外傳感器斜向設置在第一紅外傳感器和第二紅外傳感器之間，所述的第四紅外傳感器斜向設置在第五紅外傳感器和第六紅外傳感器之間，所述的第一高速直流伺服電機和第二高速直流伺服電機分別安裝在微微鼠殼體的左右兩邊并位于兩個車輪之間的位置，所述的真空吸附電機設置在第一高速直流伺服電機和第二高速直流伺服電機上方的中間位置，所述的第一磁電編碼器和第二磁電編碼器分別設置在第一高速直流伺服電機和第二高速直流伺服電機的下方，所述的運動傳感器設置在真空吸附電機的下方，其中，所述的第三傳感器和第四傳感器斜向設置時與Y軸之間的夾角大小為：，還包括控制板，所述的控制板設置在微微鼠殼體內，所述的控制板采用雙核控制器，包括ARM和FPGA，所述的ARM與FPGA進行通信連接。...
【技術特征摘要】
1.一種雙核三軸四輪變結構高速微微鼠探索控制器，其特征在于，包括微微鼠殼體、車輪、第一紅外傳感器、第二紅外傳感器、第三紅外傳感器、第四紅外傳感器、第五紅外傳感器、第六紅外傳感器、第一高速直流伺服電機、第二高速直流伺服電機、真空吸附電機、第一磁電編碼器、第二磁電編碼器以及運動傳感器，四個所述的車輪分別兩兩設置在微微鼠殼體的左右兩側邊，所述的第一紅外傳感器和第六紅外傳感器分別設置在微微鼠殼體的左右兩側邊并位于車輪的前端，所述的第二紅外傳感器和第五紅外傳感器設置在微微鼠殼體的前端，所述的第三紅外傳感器斜向設置在第一紅外傳感器和第二紅外傳感器之間，所述的第四紅外傳感器斜向設置在第五紅外傳感器和第六紅外傳感器之間，所述的第一高速直流伺服電機和第二高速直流伺服電機分別安裝在微微鼠殼體的左右兩邊并位于兩個車輪之間的位置，所述的真空吸附電機設置在第一高速直流伺服電機和第二高速直流伺服電機上方的中間位置，所述的第一磁電編碼器和第二磁電編碼器分別設置在第一高速直流伺服電機和第二高速直流伺服電機的下方，所述的運動傳感器設置在真空吸附電機的下方，其中，所述的第三傳感器和第四傳感器斜向設置時與Y軸之間的夾角大小為：，還包括控制板，所述的控制板設置在微微鼠殼體內，所述的控制板采用雙核控制器，包括ARM和FPGA，所述的ARM與FPGA進行通信連接。2.根據權利要求1所述的雙核三軸四輪變結構高速微微鼠探索控制器，其特征在于，所述的ARM采用STM32F405控制器，所述的FPGA采用A3P250控制器。3.根據權利要求1所述的雙核三軸四輪變結構高速微微鼠探索控制器，其特征在于，所述的第一磁電編碼器...
【專利技術屬性】
技術研發人員：張好明，陳陽，
申請(專利權)人：江蘇若博機器人科技有限公司，
類型：發明
國別省市：江蘇;32
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