一種兩輪微電腦鼠雙核控制器極速連轉沖刺伺服系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種兩輪微電腦鼠雙核控制器極速連轉沖刺伺服系統(tǒng)，包括：電池裝置、按鍵裝置、傳感器裝置、控制單元、第一、第二電機驅動單元、陀螺儀旋轉模塊、第一、第二電機；所述按鍵模塊中設置有自動搜索模塊和調取信息模塊；所述傳感器裝置中設置有紅外發(fā)射器和紅外接收器；所述控制單元中設置有運動控制器ARM9、負責處理數據通訊的極速驅動控制器FPGA、沖刺選擇模塊和沖刺運動模塊，所述運動控制器ARM9和極速驅動控制器FPGA之間電性連接且相互結合生成沖刺選擇模塊和沖刺運動模塊。通過上述方式，本實用新型能夠提供的伺服控制系統(tǒng)中，把工作量最大的兩軸直流伺服系統(tǒng)交給FPGA處理，充分發(fā)揮FPGA數據處理速度較快的特點。
【專利說明】一種兩輪微電腦鼠雙核控制器極速連轉沖刺伺服系統(tǒng)
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種微電腦鼠沖刺控制系統(tǒng)，特別是涉及一種兩輪微電腦鼠雙核控制器極速連轉沖刺伺服系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]微電腦鼠是使用嵌入式微控制器、傳感器和機電運動部件構成的一種智能行走機器人，微電腦鼠可以在不同“迷宮”中自動記憶和選擇路徑，采用相應的算法，快速地到達所設定的目的地。微電腦鼠比賽在國外已經有30幾年的歷史，現在每年國際上都要舉行上百場類似的微電腦鼠大賽。
[0003]微電腦鼠競賽采用運行時間、迷宮時間和碰觸這三個參數，從速度、求解迷宮的效率和電腦鼠的可靠性三個方面來進行評分，不同的國家采用不同的評分標準，最有代表的四個國家標準為:
[0004]美國:IEEE APEC國際微電腦鼠機器人競賽，探索時間、沖刺時間和固定的接觸扣分，都記入總成績，得分=探索時間/30 +沖刺時間+固定接觸扣分；
[0005]日本:全日本國際微電腦鼠機器人大會(專家級)，總成績僅計算沖刺時間，得分=最佳沖刺時間；
[0006]英國:微電腦鼠機器人挑戰(zhàn)賽，探索時間、沖刺時間和可變的接觸扣分都記入總成績，得分=探索時間/30 +沖刺時間+變動接觸扣分；
[0007]新加坡:機器人大賽，探索時間、沖刺時間記入總成績；每次接觸機器人將減少一次嘗試機會，得分=探索時間/30 +沖刺時間。
[0008]從上面的國際標準來看，沖刺時間決定整個微電腦鼠的成敗，由于國內研發(fā)此機器人的單位較少，相對研發(fā)水平比較落后，研發(fā)的微電腦鼠結構如圖1，長時間運行發(fā)現存在著很多安全問題，即:
[0009](I)作為微電腦鼠的眼睛采用的是超聲波或者是一般的紅外傳感器，而且傳感器的設置有誤，使得微電腦鼠在快速沖刺時對周圍迷宮的判斷存在一定的誤判，使得微電腦在快速沖刺的時候容易撞上前方的擋墻。
[0010](2)作為微電腦鼠的執(zhí)行機構采用的是步進電機，經常會遇到丟失脈沖的問題出現，導致對沖刺位置的記憶出現錯誤，有的時候找不到沖刺的終點。
[0011](3)由于采用步進電機，使得機體發(fā)熱比較嚴重，不利于在大型復雜迷宮中快速沖刺。
[0012](4)由于采用比較低級的算法，使得最佳迷宮的計算和沖刺路徑的計算都有一定的問題，研發(fā)的微電腦鼠基本上不會多次自動加速沖刺，在一般迷宮當中的沖刺一般都要花費15?30秒的時間，這使得在真正的國際復雜迷宮大賽中無法取勝。
[0013](5)由于微電腦鼠在快速沖刺過程中需要頻繁的剎車和啟動，加重了單片機的工作量，單片信號處理器無法滿足微電腦鼠快速沖刺的要求。
[0014](6)相對采用的都是一些體積比較大的插件元器件使得微電腦鼠的體積和重量比較龐大，而且重心較高，無法滿足快速沖刺的要求。
[0015](7)由于受周圍環(huán)境不穩(wěn)定因素干擾，特別是周圍一些光線的干擾，單片機控制器經常會出現異常，引起微電腦鼠失控，抗干擾能力較差。
[0016](8)對于差速控制的微電腦鼠來說，一般要求其兩個電機的控制信號要同步，但是對于單一單片機來說很難辦到，使得微電腦鼠在高速沖刺時會在迷宮當中搖擺幅度較大，經常出現撞墻的現象發(fā)生，導致沖刺失敗。
[0017](9)由于受單片機容量和算法影響，微電腦鼠對迷宮的信息沒有存儲，當遇到掉電情況時候所有的信息將消失，這使得整個沖刺過程無法完成。
[0018](10)由于沒有角速度傳感器的輔助進行轉彎，經常出現轉彎角度過小或者過大的現象發(fā)生，然后依靠導航的傳感器進行補償，導致在連續(xù)多次轉彎的迷宮中出現撞墻的現象發(fā)生,致使沖刺失敗。
[0019](11)采用單個傳感器探知前方迷宮的擋墻，極易收到外界干擾，致使前方傳感器錯誤引導快速沖刺的微電腦鼠，導致微電腦鼠在迷宮中沖刺不到位或者撞墻，致使沖刺失敗。
[0020]因此，需要對現有的基于單片機控制的微電腦鼠控制器進行重新設計。
實用新型內容
[0021]本實用新型主要解決的技術問題是提供一種兩輪微電腦鼠雙核控制器極速連轉沖刺伺服系統(tǒng)，由FPGA處理微電腦鼠高速沖刺時的兩只直流電機的同步伺服控制，使得控制比較簡單，大大提高了運算速度，解決了單片機軟件運行較慢的瓶頸，縮短了開發(fā)周期短，并且程序可移植能力強。
[0022]為解決上述技術問題，本實用新型采用的一個技術方案是:提供一種兩輪微電腦鼠雙核控制器極速連轉沖刺伺服系統(tǒng)，包括:電池裝置、按鍵裝置、傳感器裝置、控制單元、第一、第二電機驅動單元、陀螺儀旋轉模塊、第一、第二電機；所述電池裝置、按鍵裝置、傳感器裝置、控制單元、第一、第二電機驅動單元第一、第二電機之間電性連接；所述陀螺儀旋轉模塊與控制單元電性連接；所述按鍵裝置中設置有自動搜索模塊和調取信息模塊，所述自動搜索模塊和調取信息模塊與按鍵裝置與伺服控制單元之間相互連接，根據所述按鍵裝置中的自動搜索模塊和調取信息模塊的獲取信息；所述傳感器裝置中設置有紅外發(fā)射器和紅外接收器；所述控制單元中設置有運動控制器ARM9、負責處理數據通訊的極速驅動控制器FPGA、沖刺選擇模塊和沖刺運動模塊，所述運動控制器ARM9和極速驅動控制器FPGA之間電性連接。
[0023]在本實用新型一個較佳實施例中，所述沖刺選擇模塊進一步包含有自動沖刺模塊、快速沖刺模塊和設定速度沖刺模塊，所述自動沖刺模塊、快速沖刺模塊和設定速度沖刺模塊分別與所述的按鍵裝置之間連接。
[0024]在本實用新型一個較佳實施例中，所述沖刺選擇模塊進一步包含有自動沖刺模塊、快速沖刺模塊和設定速度沖刺模塊，所述自動沖刺模塊、快速沖刺模塊和設定速度沖刺模塊分別與所述的按鍵裝置電性連接。
[0025]在本實用新型一個較佳實施例中，所述沖刺運動模塊中進一步設置有光電編碼器和電流傳感器，所述光電編碼器和電流傳感器與所述極速驅動控制器FPGA之間連接。[0026]所述沖刺運動模塊中還進一步包含有:坐標存儲模塊、指令轉化模塊、PWM控制單元和對左控制電機與控制右電機進行控制的驅動橋，所述坐標存儲模塊、指令轉化模塊、PWM控制單元和驅動橋之間電性連接。
[0027]在本實用新型一個較佳實施例中，所述直線沖刺模塊中進一步設置有擋墻識別模塊和直線沖刺單元，所述擋墻識別模塊和直線沖刺單元與所述坐標存儲模塊、運動控制器ARM9、指令轉化模塊、極速驅動控制器FPGA和驅動橋連接。
[0028]在本實用新型一個較佳實施例中，所述轉向沖刺模塊中進一步設置有轉向沖刺單元、數據傳輸模塊、數據轉化模塊、速度生成模塊和誤差補償模塊；所述轉向沖刺單元、數據傳輸模塊、數據轉化模塊、速度生成模塊和誤差補償模塊由所述運動控制器ARM9和極速驅動控制器FPGA生成且與驅動橋之間電性連接。
[0029]在本實用新型一個較佳實施例中，所述曲線沖刺模塊中進一步包含有坐標更新模塊、誤差補償模塊、速度調整模塊，所述坐標更新模塊、速度調整模塊與陀螺儀旋轉模塊、所述運動控制器ARM9、指令轉化模塊、極速驅動控制器FPGA、PWM控制單元和驅動橋之間依次電性連接。
[0030]本實用新型的有益效果是:本實用新型在伺服控制系統(tǒng)中添加陀螺儀旋轉模塊和運動控制器ARM9與極速驅動控制器FPGA，使微電腦鼠完成速度和方向獨立控制，不僅能夠實現微電腦鼠的極速沖刺，還能夠使微電腦鼠更容易實現曲線軌跡的轉動。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0031]為了更清楚地說明本實用新型實施例中的技術方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實用新型的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其它的附圖，其中:
[0032]圖1是本實用新型一種兩輪微電腦鼠雙核控制器極速連轉沖刺伺服系統(tǒng)一較佳實施例的結構示意圖；
[0033]圖2為本實用新型一種兩輪微電腦鼠雙核控制器極速連轉沖刺伺服系統(tǒng)的控制單元框圖；
[0034]圖3為本實用新型一種兩輪微電腦鼠雙核控制器極速連轉沖刺伺服系統(tǒng)一較佳實施例的曲線沖刺模塊框圖；
[0035]圖4是本實用新型一種兩輪微電腦鼠雙核控制器極速連轉沖刺伺服系統(tǒng)一較佳實施例的微電腦鼠迷宮示意圖；
[0036]圖5是本實用新型一種兩輪微電腦鼠雙核控制器極速連轉沖刺伺服系統(tǒng)一較佳實施例的微電腦鼠二維示意圖；
[0037]圖6是本實用新型一種兩輪微電腦鼠雙核控制器極速連轉沖刺伺服系統(tǒng)一較佳實施例的為微電腦鼠速度曲線圖；
[0038]圖7是本實用新型一種兩輪微電腦鼠雙核控制器高速連轉沖刺伺服系統(tǒng)一較佳實施例的微電腦鼠自動沖刺程序示意圖；
[0039]圖8是本實用新型一種兩輪微電腦鼠雙核控制器高速連轉沖刺伺服系統(tǒng)一較佳實施例的為微電腦鼠右轉沖刺示意圖；[0040]圖9是本實用新型一種兩輪微電腦鼠雙核控制器高速連轉沖刺伺服系統(tǒng)一較佳實施例的微電腦鼠左轉沖刺示意圖；
[0041]圖10是本實用新型一種兩輪微電腦鼠雙核控制器高速連轉沖刺伺服系統(tǒng)一較佳實施例的連轉樓梯迷宮；
[0042]圖11是本實用新型一種兩輪微電腦鼠雙核控制器高速連轉沖刺伺服系統(tǒng)一較佳實施例的連轉樓梯示意圖；
[0043]圖12是本實用新型一種兩輪微電腦鼠雙核控制器高速連轉沖刺伺服系統(tǒng)一較佳實施例的連轉樓梯參數示意圖；
[0044]圖13是本實用新型一種兩輪微電腦鼠雙核控制器高速連轉沖刺伺服系統(tǒng)一較佳實施例的連轉U型迷宮；
[0045]圖14是本實用新型一種兩輪微電腦鼠雙核控制器高速連轉沖刺伺服系統(tǒng)一較佳實施例的連轉U型示意圖；
[0046]圖15是本實用新型一種兩輪微電腦鼠雙核控制器高速連轉沖刺伺服系統(tǒng)一較佳實施例的連轉U型迷宮參數示意圖。
[0047]附圖中各部件的標記如下:1、第一電機；2、第二電機；3、傳感器。
【具體實施方式】
[0048]下面將對本實用新型實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅是本實用新型的一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本實用新型中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其它實施例，都屬于本實用新型保護的范圍。
[0049]請參閱圖1、圖2和圖3，本實用新型實施例提供如下技術方案。
[0050]在一個實施例中，一種兩輪微電腦鼠雙核控制器極速連轉沖刺伺服系統(tǒng)，包括:電池裝置、按鍵裝置、傳感器裝置、控制單元、第一、第二電機驅動單元、陀螺儀旋轉模塊、第一、第二電機；所述電池裝置、按鍵裝置、傳感器裝置、控制單元、第一、第二電機驅動單元第一、第二電機之間電性連接；所述陀螺儀旋轉模塊與控制單元電性連接；所述按鍵裝置中設置有自動搜索模塊和調取信息模塊，所述自動搜索模塊和調取信息模塊與按鍵裝置與伺服控制單元之間相互連接，根據所述按鍵裝置中的自動搜索模塊和調取信息模塊的獲取信息；所述傳感器裝置中設置有紅外發(fā)射器和紅外接收器；所述控制單元中設置有運動控制器ARM9、負責處理數據通訊的極速驅動控制器FPGA、沖刺選擇模塊和沖刺運動模塊，所述運動控制器ARM9和極速驅動控制器FPGA之間電性連接。
[0051]區(qū)別于現有技術，在一個實施例中，所述沖刺選擇模塊進一步包含有自動沖刺模塊、快速沖刺模塊和設定速度沖刺模塊，所述自動沖刺模塊、快速沖刺模塊和設定速度沖刺模塊分別與所述的按鍵裝置之間連接，根據按鍵裝置實現沖刺方式的選取。
[0052]所述沖刺選擇模塊進一步包含有自動沖刺模塊、快速沖刺模塊和設定速度沖刺模塊，所述自動沖刺模塊、快速沖刺模塊和設定速度沖刺模塊分別與所述的按鍵裝置電性連接。
[0053]所述沖刺運動模塊中進一步設置有光電編碼器和電流傳感器，所述光電編碼器和電流傳感器與所述極速驅動控制器FPGA之間連接。[0054]所述沖刺運動模塊中還進一步包含有:坐標存儲模塊、指令轉化模塊、PWM控制單元和對左控制電機與控制右電機進行控制的驅動橋，所述坐標存儲模塊、指令轉化模塊、PWM控制單元和驅動橋之間電性連接。
[0055]所述直線沖刺模塊中進一步設置有擋墻識別模塊和直線沖刺單元，所述擋墻識別模塊和直線沖刺單元與所述坐標存儲模塊、運動控制器ARM9、指令轉化模塊、極速驅動控制器FPGA和驅動橋連接。
[0056]所述轉向沖刺模塊中進一步設置有轉向沖刺單元、數據傳輸模塊、數據轉化模塊、速度生成模塊和誤差補償模塊；所述轉向沖刺單元、數據傳輸模塊、數據轉化模塊、速度生成模塊和誤差補償模塊由所述運動控制器ARM9和極速驅動控制器FPGA生成且與驅動橋之間電性連接。
[0057]所述曲線沖刺模塊中進一步包含有坐標更新模塊、誤差補償模塊、速度調整模塊，所述坐標更新模塊、速度調整模塊與陀螺儀旋轉模塊、所述運動控制器ARM9、指令轉化模塊、極速驅動控制器FPGA、PWM控制單元和驅動橋之間依次電性連接。
[0058]所述曲線沖刺模塊中當所述信號到達既定目標時，分為五種連接與傳輸方式，分別為:
[0059](I)坐標存儲模塊與所述運動控制器ARM9、指令轉化模塊、極速驅動控制器FPGA、PWM控制單元和驅動橋之間連接，從而信號由坐標存儲模塊流向所述運動控制器ARM9、指令轉化模塊、極速驅動控制器FPGA且與光電編碼器和電流傳感器結合后流向PWM控制單元和驅動橋；
[0060](2)參數轉化模塊與極速驅動控制器FPGA、PWM控制單元和驅動橋之間連接，從而所述信號由參數轉化模塊流向極速驅動控制器FPGA且與光電編碼器和電流傳感器結合后流向PWM控制單元和驅動橋；
[0061](3)坐標更新模塊與誤差補償模塊、速度轉化模塊和驅動橋之間連接，從而所述信號由坐標更新模塊流向誤差補償模塊和速度轉化模塊與驅動橋；
[0062](4)速度調整模塊、參數轉化模塊、極速驅動控制器FPGA、PWM控制單元和驅動橋之間連接，從而所述信號由速度調整模塊、參數轉化模塊流向極速驅動控制器FPGA且與光電編碼器和電流傳感器結合后流向PWM控制單元和驅動橋；
[0063](5)陀螺儀旋轉模塊與參數轉化模塊、極速驅動控制器FPGA、PWM控制單元和驅動橋之間連接，從而所述信號由陀螺儀旋轉模塊流向參數轉化模塊和極速驅動控制器FPGA且與光電編碼器和電流傳感器結合后流向PWM控制單元和驅動橋。
[0064]為了進一步描述微電腦鼠在比賽中的運動控制，請參照圖4、圖5、圖6、圖7、圖8、圖9、圖10、圖11、圖12、圖13、圖14和圖15，其具體功能實現如下:
[0065]在微電腦鼠打開電源瞬間，系統(tǒng)將會按照圖7的方式完成沖刺。首先系統(tǒng)要完成初始化，然后等待按鍵信息，未接到按鍵信息命令之前，它一般會在起點坐標(0，O)等待控制器發(fā)出的沖刺命令，根據按鍵信息，本實用新型提供多種沖刺方法:(1)如果按下的是START (啟動)鍵，說明系統(tǒng)要放棄以前的迷宮信息先進行搜索，然后搜索完成后生成優(yōu)化的沖刺迷宮信息，微電腦鼠進入自動多次沖刺階段；(2)如果按下的是RESET (復位)+STRAT(啟動)鍵，說明系統(tǒng)要調出已經探索后的最優(yōu)迷宮，然后沿著起點開始快速向終點(7，7)、(7，8)、(8，7)、(8，8)沖刺；(3)如果按下的是 RESET (復位)+STRAT (啟動)+SPEED (速度)鍵，說明系統(tǒng)要調出已經探索后的最優(yōu)迷宮，然后沿著起點以設定的沖刺速度開始快速向終點(7，7)、(7，8)、(8，7)、(8，8)沖刺。
[0066]微電腦鼠在起點坐標(0，0)接到任務，為了防止放錯沖刺方向，其前方的傳感器S1、S6和會對前方的環(huán)境進行判斷，確定有沒有擋墻進入運動范圍。
[0067](I)如存在擋墻將:向ARM9 (S3C2440A)發(fā)出中斷請求，ARM9 (S3C2440A)會對中斷做第一時間響應，如果ARM9 (S3C2440A)的中斷響應沒有來得及處理，微電腦鼠的X馬達和Y馬達將繼續(xù)自鎖，然后二次判斷迷宮確定前方信息，防止信息誤判；(2)如果沒有擋墻進入前方的運動范圍，微電腦鼠將進行正常的沖刺。
[0068]在微電腦啟動沖刺瞬間，傳感器S1、S2、S3、S4、S5、S6 (六個獨立的紅外發(fā)射管0PE5594A發(fā)出的紅外光經接收器TSL262接受后轉化為周圍迷宮的信息)判斷周圍的環(huán)境并送給ARM9 (S3C2440A)。由ARM9 (S3C2440A)根據沖刺迷宮信息生成圖6的S曲線軌跡的指令給定值，這個圖形包含的面積就是微電腦鼠兩個第一電機1、第二電機2要運行的距離SI。然后與FPGA通訊，FPGA根據速度、加速度參數指令值然后結合光電編碼盤和電流傳感器的反饋生成驅動兩軸直流電機的PWM波。PWM波經驅動橋后驅動兩個直流電機，完成整個加速過程直到達到沖刺設定速度，并把處理數據通訊給ARM9 (S3C2440A),由ARM9(S3C2440A)繼續(xù)處理后續(xù)的運行狀態(tài)。
[0069](I)在微電腦鼠沿著Y軸向前運動如果有Z格坐標沒有擋墻進入前方的運動范圍，系統(tǒng)進入沖刺子程序1，微電腦鼠將存儲其坐標(X，Y)，為了快速行走需要，舍棄了傳統(tǒng)單一速度沖刺模式，按照圖6的速度和時間曲線進行加速和減速，在其向前運動過程中，ARM9 (S3C2440A)把向前Z格的距離按照時間要求轉化為微電腦鼠需要沖刺的加速度和速度指令值，然后與FPGA通訊。FPGA結合光電編碼器和電流傳感器的反饋把加速度和速度指令值轉化為實際的速度和加速度，由FPGA生成驅動兩軸直流電機的PWM波信號，經驅動橋后驅動微電腦鼠到達預定距離，微電腦鼠在沖刺過程中每經過一個方格，將更新其坐標為(X，Y+1)，在Y+l〈15的前提下，判斷其坐標是不是(7，7)、(7，8)、(8，7)、(8，8)其中的一個，如果不是將繼續(xù)更新其坐標，如果是的話通知控制器已經沖刺到目標，然后置返航探索標志為1，沖刺標志為0，微電腦鼠準備沖刺后的二次返程探索，去搜尋更優(yōu)的迷宮路徑。
[0070]在微電腦鼠沿著Y軸反向運動過程中如果有多個坐標沒有擋墻進入前方的運動范圍，系統(tǒng)進入沖刺子程序1，微電腦鼠將存儲此時坐標(X，Y)，為了快速行走需要，舍棄了傳統(tǒng)單一速度沖刺模式。按照圖6的速度和時間曲線進行加速和減速，在其向前運動過程中，ARM9(S3C2440A)把向前Z格的距離按照時間要求轉化為微電腦鼠需要沖刺的加速度和速度指令值，然后與FPGA通訊，FPGA結合光電編碼器和電流傳感器的反饋把加速度和速度指令值轉化為實際的速度和加速度，由FPGA生成驅動兩軸直流電機的PWM波信號，經驅動橋后驅動微電腦鼠到達預定距離，微電腦鼠在沖刺過程中每經過一個方格，，將更新其坐標為(X，Y-1)，在確定Y-DO的前提下，判斷其坐標是不是(7，7)、(7，8)、(8，7)、(8，8)其中的一個，如果不是將繼續(xù)更新其坐標，如果是的話通知控制器已經沖刺到目標，然后置返航探索標志為1，沖刺標志為0，微電腦鼠準備沖刺后的二次返程探索，去搜尋更優(yōu)的迷宮路徑。
[0071](2)在微電腦鼠沿著Y軸向前運動過程中如果有擋墻進入前方的運動范圍，并且此時迷宮信息中左方有擋墻時，系統(tǒng)進入沖刺子程序2，微電腦鼠將存儲此時坐標(X，Y)，然后進入圖8所示的曲線運動軌跡，在右沖刺轉彎時，微電腦鼠將首先前往直線走很短的距離 DashTurn_R90_Leading 傳輸給 ARM9 (S3C2440A)，ARM9 (S3C2440A)根據沖刺的時間要求，把此距離轉化為相應的位置、速度和加速指令然后傳輸給FPGA，FPGA再結合電機反饋的光電編碼器A、B、Z和電機電流I信號生成控制第一電機I和第二電機2的PWM波，然后經過驅動橋驅動兩輪電機運轉到預定位置，此時R90_FrontWallRef開始工作，防止外界干擾開始做誤差補償；微電腦鼠然后將DashTurn_R90_Arcl傳輸給ARM9 (S3C2440A)，ARM9 (S3C2440A)根據新的沖刺時間要求，把此距離轉化為相應的位置、速度和加速指令然后傳輸給FPGA，FPGA再結合電機反饋的光電編碼器A、B、Z和電機電流I信號生成控制第一電機I和第二電機2的PWM波和電機的速度DashTurn_R90_VelXl和DashTurn_R90_VdYl，然后經過驅動橋驅動兩輪電機運轉到預定位置；隨后，微電腦鼠開始調整速度將微電腦鼠將行走的距離 DashTurn_R90_Arc2 傳輸給 ARM9 (S3C2440A)，ARM9 (S3C2440A)根據新的沖刺時間要求，把此距離轉化為相應的位置、速度和加速指令然后傳輸給FPGA，FPGA再結合光電編碼器和電機電流的反饋生成控制第一電機I和第二電機2的PWM波和電機的速度DashTurn_R90_VelX2和DashTurn_R90_VelY2，然后經過驅動橋驅動兩輪電機運轉到預定位置，并且微電腦鼠在陀螺儀控制下已經右轉90度；微電腦鼠開始調整速度將微電腦鼠將行走的距離 DashTurn_R90_Passing 傳輸給 ARM9 (S3C2440A)，ARM9 (S3C2440A)根據新的沖刺時間要求，把此距離轉化為相應的位置、速度和加速指令然后傳輸給FPGA，FPGA再結合光電編碼器和電機電流的反饋生成控制第一電機I和第二電機2的PWM和電機的速度DashTurn_R90_VelX3和DashTurn_R90_VelY3，然后經過驅動橋驅動兩輪電機運轉到預定位置，經過四段不同的速度、和電流的閉環(huán)控制完成整個右轉彎的軌跡曲線運動。此時將更新其坐標為(X+1，Y)，在X+l〈15的前提下，判斷其坐標是不是(7，7)、(7，8)、(8，7)、(8，8)其中的一個，如果不是將繼續(xù)更新其坐標，如果是的話通知控制器已經沖刺到目標，然后置返航探索標志為1，沖刺標志為0，微電腦鼠準備沖刺后的二次返程探索，去搜尋更優(yōu)的迷宮路徑。
[0072](3)在微電腦鼠沿著Y軸向前運動過程中如果有擋墻進入前方的運動范圍，并且此時迷宮信息中右方有擋墻時，系統(tǒng)進入沖刺子程序3，微電腦鼠將存儲此時坐標(X，Y)，然后進入圖9所示的曲線運動軌跡，在右沖刺轉彎時，微電腦鼠將首先前往直線走很短的距離 DashTurn_L90_Leading 傳輸給 ARM9 (S3C2440A)，ARM9 (S3C2440A)根據沖刺的時間要求，把此距離轉化為相應的位置、速度和加速指令然后傳輸給FPGA。FPGA再結合電機反饋的光電編碼器A、B、Z和電機電流I信號生成控制第一電機I和第二電機2的PWM波，然后經過驅動橋驅動兩輪電機運轉到預定位置，此時L90_FrontWallRef開始工作，防止外界干擾開始做誤差補償；微電腦鼠然后將DashTurn_L90_Arcl傳輸給ARM9 (S3C2440A)，ARM9 (S3C2440A)根據新的沖刺時間要求，把此距離轉化為響應的位置、速度和加速指令然后傳輸給FPGA，FPGA再結合電機反饋的光電編碼器A、B、Z和電機電流I信號生成控制第一電機I和第二電機2的PWM波和電機的速度DashTurn_L90_VelXl和DashTurn_L90_VelYl，然后經過驅動橋驅動兩輪電機運轉到預定位置；隨后，微電腦鼠開始調整速度將微電腦鼠將行走的距離 DashTurn_L90_Arc2 傳輸給 ARM9 (S3C2440A)，ARM9 (S3C2440A)根據新的沖刺時間要求，把此距離轉化為相應的位置、速度和加速指令然后傳輸給FPGA，FPGA再結合光電編碼器和電機電流的反饋生成控制第一電機I和第二電機2的PWM波和電機的速度DashTurn_L90_VelX2和DashTurn_L90_VelY2，然后經過驅動橋驅動兩輪電機運轉到預定位置；微電腦鼠開始調整速度將微電腦鼠將行走的距離DashTurn_L90_Passing傳輸給ARM9 (S3C2440A), ARM9 (S3C2440A)根據新的沖刺時間要求，把此距離轉化為相應的位置、速度和加速指令然后傳輸給FPGA，FPGA再結合光電編碼器和電機電流的反饋生成控制第一電機I和第二電機2的PWM波和電機的速度DashTurn_L90_VelX3和DashTurn_L90_VelY3，然后經過驅動橋驅動兩輪電機運轉到預定位置，并且微電腦鼠在陀螺儀控制下已經右轉90度，經過四段不同的速度、和電流的閉環(huán)控制完成整個右轉彎的軌跡曲線運動。此時將更新其坐標為(X-1，Y)，在X-DO的前提下，判斷其坐標是不是(7，7)、(7，8)、(8，7)、(8，8)其中的一個，如果不是將繼續(xù)更新其坐標，如果是的話通知控制器已經沖刺到目標，然后置返航探索標志為1，沖刺標志為0，微電腦鼠準備沖刺后的二次返程探索，去搜尋更優(yōu)的迷宮路徑。
[0073](4)在微電腦鼠沿著X軸、Y軸向前運動過程中，若出現圖10所示的樓梯型迷宮擋墻進入前方的運動范圍，系統(tǒng)進入沖刺子程序4。微電腦鼠將存儲此時坐標(X，Y)，然后進入圖11、圖12所示的曲線運動軌跡，在一次右沖刺轉彎時，ARM9 (S3C2440A)首先把行走直線很短的距離Leadingl按照不同的沖刺條件時間要求轉化為速度參數以及加速度參數指令值，然后與FPGA通訊。FPGA結合第一電機I和第二電機2上的光電編碼器和電流傳感器的反饋生成控制左右輪的PWM波，然后通過驅動橋控制左右輪以相同的加速度和速度直線
、產.、rr.目U進;
[0074]當到達既定目標時，把此時的迷宮坐標更新為(X，Y+1)，傳感器參考值R90_FrontffallRef開始工作，防止外界干擾開始做誤差補償。誤差補償結束后開始調整直流第一電機I和直流第二電機2速度為DashTurn_R90_VelXl和DashTurn_R90_VelYl，此時控制器會把曲線運動軌跡R_Arcl按照不同的沖刺條件時間要求轉化為速度參數以及加速度參數指令值，然后與FPGA通訊，FPGA結合第一電機I和第二電機2上的光電編碼器和電流傳感器的反饋生成控制左右輪的PWM波，然后通過驅動橋控制左右輪的速度以恒定的比值
、產.、rr.目U進。
[0075]當到達既定目標后，立即調整微電腦鼠速度為DashTurn_R90_VelX2和DashTurn_R90_VdY2，此時控制器會把曲線運動軌跡R_Arc2按照不同的沖刺條件時間要求轉化為速度參數以及加速度參數指令值，然后與FPGA通訊，FPGA結合第一電機I和第二電機2上的光電編碼器和電流傳感器的反饋生成控制左右輪的PWM波，然后通過驅動橋控制左右輪的速度以恒定的比值前進。
[0076]當到達既定目標后，微電腦鼠在陀螺儀控制下已經右轉90度，控制器把直線行走很短的距離Passingl+Leading2,按照不同的沖刺條件時間要求轉化為速度參數以及加速度參數指令值，然后與FPGA通訊。FPGA結合第一電機I和第二電機2上的光電編碼器和電流傳感器的反饋生成控制左右輪的PWM波，然后通過驅動橋控制左右輪以相同的加速度和速度前進。當傳感器S2的值產生有高電平到低電平的躍變時，更新微電腦鼠坐標為(X+1，Y+1)，微電腦鼠繼續(xù)以當前的速度和加速前進。
[0077]當到達既定目標時，傳感器參考值L90_FrOntWallRef開始工作，防止外界干擾開始做誤差補償。誤差補償結束后開始調整直流第一電機I和直流第二電機2速度為DashTurn_L90_VelXl和DashTurn_L90_VelYl。此時控制器會把曲線運動軌跡L_Arcl按照不同的沖刺條件時間要求轉化為速度參數以及加速度參數指令值，然后與FPGA通訊，FPGA結合第一電機I和第二電機2上的光電編碼器和電流傳感器的反饋生成控制左右輪的PWM波，然后通過驅動橋控制左右輪速度以恒定的比值前進；
[0078]當到達既定目標后，立即調整微電腦鼠速度為DashTurn_L90_VelX2和DashTurn_L90_VdY2，此時控制器會把曲線運動軌跡L_Arc2按照不同的沖刺條件時間要求轉化為速度參數以及加速度參數指令值，然后與FPGA通訊，FPGA結合第一電機I和第二電機2上的光電編碼器和電流傳感器的反饋生成控制左右輪的PWM波，然后通過驅動橋控制左右輪速度以恒定的比值前進；
[0079]當到達既定目標后，微電腦鼠在陀螺儀控制下已經左轉90度，控制器把直線行走很短的距離Passing2+Leading3按照不同的沖刺條件時間要求轉化為速度參數以及加速度參數指令值，然后與FPGA通訊，FPGA結合第一電機I和第二電機2上的光電編碼器和電流傳感器的反饋生成控制左右輪的PWM波，然后通過驅動橋控制左右輪以相同的加速度和速度前進，當傳感器S5的值產生有高電平到低電平的躍變時，微電腦鼠完成一個樓梯的沖刺，更新微電腦鼠坐標為(X+2，Y+1),依此類推，當微電腦鼠完成Z格樓梯迷宮沖刺時，在Z格的坐標為(X+Z，Y+Z)，沖出Z格樓梯迷宮的坐標為(X+Z+1，Y+Z)，在X+Z+l〈15和Y+Z〈15的前提下，判斷其坐標是不是(7，7)、(7，8)、(8，7)、(8，8)其中的一個，如果不是將繼續(xù)更新其坐標，如果是的話通知控制器已經沖刺到目標，然后置返航探索標志為1，沖刺標志為0，微電腦鼠準備沖刺后的二次返程探索，去搜尋更優(yōu)的迷宮路徑。
[0080](5)在微電腦鼠沿著X軸、Y軸向前運動過程中如果有類似圖13的U型迷宮擋墻進入前方的運動范圍，系統(tǒng)進入沖刺子程序5。微電腦鼠將存儲此時坐標(X，Y)，然后進入圖14、圖15所示的曲線運動軌跡，在一次右沖刺轉彎時，ARM9 (S3C2440A)首先把行走直線很短的距離Leadingl按照不同的沖刺條件時間要求轉化為速度參數以及加速度參數指令值，然后傳輸給FPGA, FPGA結合第一電機I和第二電機2上的光電編碼器和電流傳感器的反饋生成控制左右輪的PWM波，然后通過驅動橋控制左右輪以相同的加速度和速度直線前進。
[0081]當到達既定目標時，把此時的迷宮坐標更新為(X，Υ+1)，傳感器參考值R90_FrontWallRef開始工作，防止外界干擾開始做誤差補償。誤差補償結束后，控制器會把曲線運動軌跡R_Arcl按照不同的沖刺條件時間要求轉化為速度參數以及加速度參數指令值，然后傳輸給FPGA，FPGA結合第一電機I和第二電機2上的光電編碼器和電流傳感器的反饋生成控制左右輪的PWM波，然后通過驅動橋控制左右輪的速度以恒定的比值轉彎。
[0082]當到達既定目標后，立即調整微電腦鼠的速度，控制器會把曲線運動軌跡R_Arc2按照不同的沖刺條件時間要求轉化為速度參數以及加速度參數指令值，然后傳輸給FPGA，FPGA結合第一電機I和第二電機2上的光電編碼器和電流傳感器的反饋生成控制左右輪的PWM波，然后通過驅動橋控制左右輪的速度以恒定的比值轉彎。
[0083]當到達既定目標后，并且微電腦鼠在陀螺儀控制下已經右轉90度，控制器把直線行走很短的距離PaSSingl+Leading2，按照不同的沖刺條件時間要求轉化為速度參數以及加速度參數指令值，然后傳輸給FPGA，FPGA結合第一電機I和第二電機2上的光電編碼器和電流傳感器的反饋生成控制左右輪的PWM波，然后通過驅動橋控制左右輪以相同的加速度和速度前進，當傳感器S5的值產生有低電平到高電平的躍變時，更新微電腦鼠坐標為(X+1，Y+1)，微電腦鼠繼續(xù)以當前的速度和加速前進。[0084]當到達既定目標時，傳感器參考值R90_FrontWallRef開始工作，防止外界干擾開始做誤差補償。誤差補償結束后，微電腦鼠繼續(xù)右轉，控制器會把曲線運動軌跡R_Arcl按照不同的沖刺條件時間要求轉化為速度參數以及加速度參數指令值，然后傳輸給FPGA，FPGA結合第一電機I和第二電機2上的光電編碼器和電流傳感器的反饋生成控制左右輪的PWM波，然后通過驅動橋控制左右輪的速度以恒定的比值轉彎。
[0085]當到達既定目標后，立即調整微電腦鼠的速度，控制器會把曲線運動軌跡R_Arc2按照不同的沖刺條件時間要求轉化為速度參數以及加速度參數指令值，然后傳輸給FPGA，FPGA結合第一電機I和第二電機2上的光電編碼器和電流傳感器的反饋生成控制左右輪的PWM波，然后通過驅動橋控制左右輪的速度以恒定的比值轉彎。
[0086]當到達既定目標后，微電腦鼠在陀螺儀控制下已經右轉90度，控制器把直線行走很短的距離Passing2按照不同的沖刺條件時間要求轉化為速度參數以及加速度參數指令值，然后傳輸給FPGA, FPGA結合第一電機I和第二電機2上的光電編碼器和電流傳感器的反饋生成控制左右輪的PWM波，然后通過驅動橋控制左右輪相同的加速度和速度前進。
[0087]到達既定目標后，微電腦鼠完成一個U型迷宮的沖刺，更新微電腦鼠坐標為(X+1，Y)，并判斷其坐標是不是(7，7)、(7，8)、(8，7)、(8，8)其中的一個，如果不是將繼續(xù)更新其坐標，如果是的話通知控制器已經沖刺到目標，然后置返航探索標志為1，沖刺標志為0，微電腦鼠準備沖刺后的二次返程探索，去搜尋更優(yōu)的迷宮路徑；
[0088]當微電腦鼠沖刺到達(7，7)、(7，8)、(8，7)、(8，8)后，會準備沖刺后的返程探索以便搜尋更優(yōu)的路徑，ARM9(S3C2440A)會調出其已經存儲的迷宮信息，然后計算出可能存在的其它最佳路徑，然后返程開始進入其中認為最優(yōu)的一條。
[0089]在微電腦鼠進入迷宮返程探索時，其導航的傳感器S1、S2、S3、S4、S5、S6將工作，并把反射回來的光電信號送給ARM9(S3C2440A)，經ARM9(S3C2440A)判斷后送給FPGA，由FPGA運算后與ARM9 (S3C2440A)進行通訊，然后由控制器送控制信號給導航的第一電機I和第二電機2進行確定:如果進入已經搜索的區(qū)域將進行快速前進，如果是未知返回區(qū)域則采用正常速度搜索，并時刻更新其坐標(X，Y)，并判斷其坐標是不是(0，0)，如果是的話置返航探索標志為O,微電腦鼠進入沖刺階段,并置沖刺標志為I。
[0090]為了能夠實現微電腦鼠準確的坐標計算功能，本實用新型在高速直流第一電機I軸和Y軸上加入了 512線的光電編碼器，時刻對微電腦鼠運行的距離進行計算并根據迷宮擋墻和柱子對傳感器反饋信息不同的特點引入了補償，使得微電腦鼠的沖刺坐標計算不會出現錯誤。
[0091]為了能夠減少光源對微電腦鼠沖刺的干擾，本實用新型加入了光電傳感器S8，此傳感器會在微電腦鼠沖刺階段對周圍的異常光源進行讀取，并自動送給控制器做實時補償，消除了外界光源對沖刺的干擾。
[0092]在微電腦鼠運行過程中，ARM9 (S3C2440A)會對直流第一電機I和第二電機2的轉矩進行在線辨識，當電機的轉矩受到外界干擾出現較大抖動時，控制器會利用直流電機力矩與電流的關系進行時候補償，減少了電機轉矩抖動對微電腦鼠高速沖刺的影響。
[0093]當微電腦完成整個沖刺過程到達(7，7)、(7，8)、(8，7)、(8，8)，微電腦鼠會置探索標志為I，微電腦鼠返程探索回到起始點(O，O)，ARM9 (S3C2440A)將控制FPGA使得微電腦鼠在起始坐標(0，O)中心點停車，然后重新調整FPGA的PWM波輸出，使得第一電機I和第二電機2以相反的方向運動，并在陀螺儀的控制下，原地旋轉180度，然后停車I秒，二次調取迷宮信息，然后根據算法算出優(yōu)化迷宮信息后的最優(yōu)沖刺路徑，然后置沖刺標志為1，系統(tǒng)進入二次快速沖刺階段。然后按照沖刺——探索沖刺，完成多次的沖刺，以達到快速沖刺的目的。
[0094]以上所述僅為本實用新型的實施例，并非因此限制本實用新型的專利范圍，凡是利用本實用新型說明書及附圖內容所作的等效結構或等效流程變換，或直接或間接運用在其它相關的【技術領域】，均同理包括在本實用新型的專利保護范圍內。
【權利要求】
1.一種兩輪微電腦鼠雙核控制器極速連轉沖刺伺服系統(tǒng)，其特征在于:包括:電池裝置、按鍵裝置、傳感器裝置、控制單元、第一、第二電機驅動單元、陀螺儀旋轉模塊、第一、第二電機；所述電池裝置、按鍵裝置、傳感器裝置、控制單元、第一、第二電機驅動單元第一、第二電機之間電性連接；所述陀螺儀旋轉模塊與控制單元電性連接；所述按鍵裝置中設置有自動搜索模塊和調取信息模塊，所述自動搜索模塊和調取信息模塊與按鍵裝置與伺服控制單元之間相互連接，根據所述按鍵裝置中的自動搜索模塊和調取信息模塊的獲取信息；所述傳感器裝置中設置有紅外發(fā)射器和紅外接收器；所述控制單元中設置有運動控制器ARM9、負責處理數據通訊的極速驅動控制器FPGA、沖刺選擇模塊和沖刺運動模塊，所述運動控制器ARM9和極速驅動控制器FPGA之間電性連接。
2.根據權利要求1所述的一種兩輪微電腦鼠雙核控制器極速連轉沖刺伺服系統(tǒng)，其特征在于:所述沖刺選擇模塊進一步包含有自動沖刺模塊、快速沖刺模塊和設定速度沖刺模塊，所述自動沖刺模塊、快速沖刺模塊和設定速度沖刺模塊分別與所述的按鍵裝置之間連接。
3.根據權利要求1所述的一種兩輪微電腦鼠雙核控制器極速連轉沖刺伺服系統(tǒng)，其特征在于:所述沖刺運動模塊中設置有直線沖刺模塊、轉向沖刺模塊、曲線沖刺模塊，所述直線沖刺模塊、轉向沖刺模塊、曲線沖刺模塊與所述運動控制器ARM9和極速驅動控制器FPGA連接。
4.根據權利要求3所述的一種兩輪微電腦鼠雙核控制器極速連轉沖刺伺服系統(tǒng)，其特征在于:所述沖刺運動模塊中進一步設置有光電編碼器和電流傳感器，所述光電編碼器和電流傳感器與所述極速驅動控制器FPGA連接。
5.根據權利要求3所述的一種兩輪微電腦鼠雙核控制器極速連轉沖刺伺服系統(tǒng)，其特征在于:所述沖刺運動模塊中還進一步包含有:坐標存儲模塊、指令轉化模塊、PWM控制單元和對左控制電機與控制右電機進行控制的驅動橋，所述PWM控制單元和驅動橋之間電性連接。
6.根據權利要求4或5中任意一項所述的一種兩輪微電腦鼠雙核控制器極速連轉沖刺伺服系統(tǒng)，其特征在于:所述直線沖刺模塊中進一步設置有擋墻識別模塊和直線沖刺單元，所述擋墻識別模塊和直線沖刺單元與所述坐標存儲模塊、運動控制器ARM9、指令轉化模塊、極速驅動控制器FPGA和驅動橋連接。
7.根據權利要求4或5中任意一項所述的一種兩輪微電腦鼠雙核控制器極速連轉沖刺伺服系統(tǒng)，其特征在于:所述轉向沖刺模塊中進一步設置有轉向沖刺單元、數據傳輸模塊、數據轉化模塊、速度生成模塊和誤差補償模塊；所述轉向沖刺單元、數據傳輸模塊、數據轉化模塊、速度生成模塊和誤差補償模塊由所述運動控制器ARM9和極速驅動控制器FPGA生成且與驅動橋之間電性連接。
8.根據權利要求4或5中任意一項所述的一種兩輪微電腦鼠雙核控制器極速連轉沖刺伺服系統(tǒng)，其特征在于:所述曲線沖刺模塊中進一步包含有坐標更新模塊、誤差補償模塊、速度調整模塊，所述坐標更新模塊、速度調整模塊與陀螺儀旋轉模塊、運動控制器ARM9、極速驅動控制器FPGA和驅動橋之間電性連接。
【文檔編號】G05D1/02GK203786559SQ201320622666
【公開日】2014年8月20日 申請日期:2013年10月10日 優(yōu)先權日:2013年10月10日
【發(fā)明者】王應海, 張好明 申請人:蘇州工業(yè)園區(qū)職業(yè)技術學院