13)在滅火機器人房間搜尋過程中，控制器會對高速直流無刷電機X、直流無刷電機Y、直流無刷電機Z、直流無刷電機R、直流電機M的轉矩進行在線辨識，由于系統(tǒng)采用的是三閉環(huán)伺服控制，如果轉矩出現脈動，控制器會利用直流電機力矩與電流的關系對干擾進行線性補償，有效減少了電機轉矩抖動對滅火機器人快速探索時導航的影響，增加了其抗干擾能力。
[0063]14)當滅火機器人完成整個返程過程回到起始點(0，0)，STM32F407將控制MC58113使得滅火機器人中心點停車，并重新調整MC58113驅動信號，使得直流無刷電機X和直流無刷電機Y以相反的方向運動，滅火機器人加速度計傳感器Al和陀螺儀Gl的控制下，原地旋轉180度，原地自鎖，等待下一個搜尋命令。
[0064]本發(fā)明四輪雙核中速滅火機器人伺服控制器的有益效果是:
1、在運動過程中，充分考慮了電池在這個系統(tǒng)中的作用，基于STM32F407 +MC58113控制器時刻都在對滅火機器人的運行狀態(tài)進行監(jiān)測和運算，并且在電池提供電源的過程中，電流傳感器C1~C5時刻對電池的電流進行觀測并送給控制器進行保護，避免了大電流的產生，所以從根本上解決了大電流對鋰離子電池的沖擊，避免了由于大電流放電而引起的鋰離子電池過度老化現象的發(fā)生。
[0065]2、用直流無刷電機替代了步進電機，使得電機無機械摩擦，無磨損，無電火花，且免維護，而且直流無刷電機的效率高，功率和轉矩密度高，使得系統(tǒng)的效率更高。
[0066]3、由MC58113處理滅火機器人的四只直流無刷電機X、直流無刷電機Y、直流無刷電機Z、直流無刷電機R、單軸吸附控制直流電機M的伺服控制，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。
[0067]4、本發(fā)明基本實現全貼片元器件材料，實現了單板控制，不僅節(jié)省了控制板占用空間，而且有利于滅火機器人體積和重量的減輕。
[0068]5、由于采用直流無刷電機，使得系統(tǒng)帶載能力更強，調速范圍比較寬，調速比較平
Ho
[0069]6、由于本控制器采用MC58113處理五軸伺服大量的數據與算法，有效地防止了程序的“跑飛”，抗干擾能力大大增強。
[0070]7、在滅火機器人實際運動過程中，STM32F407可以根據機器人外圍運行情況適時調整MC58113內部伺服控制的PID參數，實現分段P、PD、PID控制和非線性PID控制，使系統(tǒng)滿足中速運行時速度的切換。
[0071]8、在此滅火機器人系統(tǒng)引入了三軸加速度計Al和陀螺儀G1，通過積分近似得到滅火機器人的角度信息，實現了滅火機器人在房間探索時的瞬時加速度、速度的直接檢測和角度的間接檢測，并利用反饋實現全程導航和二次補償，有利于提高滅火機器人的穩(wěn)定性和動態(tài)性能。
[0072]9、在滅火機器人運行過程中，STM32F407會對高速直流無刷電機X、直流無刷電機Y、直流無刷電機Z、直流無刷電機R和直流電機M的轉矩進行在線辨識并利用電機力矩與電流的關系進行補償，減少了電機轉矩抖動對滅火機器人快速探尋火源的影響。
[0073]10、通過調節(jié)直流電機M可以有效調節(jié)真空吸盤對地面的吸附力，消除了滅火機器人在高速探尋火源時打滑現象的發(fā)生。
[0074]11、由MC58113根據STM32F407轉化后的位置、速度和加速度給定指令值，再結合光電編碼器信息反饋輸出PWM調制信號和方向信號，通過驅動電路可以直接驅動電機，不僅減輕了 STM32F407的負擔，簡化了接口電路，而且省去了 STM32F407內部編寫位置、速度控制程序，以及各種PID算法的麻煩，使得系統(tǒng)的調試簡單。
[0075]12、根據滅火機器人搜尋功率需要實現分時四驅。在正常搜尋時，由于所求功率較小，滅火機器人一般通過MC58113釋放后輪驅動直流無刷電機Z和直流無刷電機R，采用中置動力的兩輪驅動方式；而一旦遇到路面灰塵較多或加速狀況時，STM32407會自動檢測并立即將滅火機器人需求扭矩分配給后置兩個助力直流無刷電機Z和直流無刷電機R，同時控制器改變電機M的伺服控制，滅火機器人系統(tǒng)自然切換到四輪驅動狀態(tài)，增強了滅火機器人的搜尋時的可靠性。
[0076]13、由于采用中驅+后驅的復合四輪驅動方式，當需要加速探尋或者是返回起點時，控制器把動力分配到四個直流無刷電機，一旦一個動力輪由于地面、機械結構等造成暫時離開地面，STM32407可以重新分配扭矩，通過MC58113調整電機輸出，把更多的扭矩分配在未失速的驅動輪上，使系統(tǒng)迅速脫離不穩(wěn)定狀態(tài)，重新回到四軸動力平衡狀態(tài)，使得滅火機器人具有更好的探尋行走功能。
[0077]14、滅火機器人轉向時，為了保證旋轉的穩(wěn)定性，采用中置的兩直流無刷電機實現搜尋轉彎，并釋放后置的兩助力直流無刷電機。
[0078]以上所述僅為本發(fā)明的實施例，并非因此限制本發(fā)明的專利范圍，凡是利用本發(fā)明說明書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，均同理包括在本發(fā)明的專利保護范圍內。
【主權項】
1.一種四輪雙核中速滅火機器人伺服控制器，其特征在于，包括:供電裝置、STM32F407芯片、MC5X000芯片、傳感組件、三軸加速度計傳感器、陀螺儀和電機組件， 所述供電裝置電性連接所述STM32F407芯片和所述MC5X000芯片，所述STM32F407芯片通訊連接所述MC5X000芯片且使能所述MC5X000芯片，所述傳感組件、所述三軸加速度計傳感器和所述陀螺儀均通訊連接所述MC5X000芯片，所述三軸加速度計傳感器和所述陀螺儀為所述MC5X000芯片實時提供滅火機器人的加速度和速度反饋，所述MC5X000芯片通過積分得到滅火機器人的位置信號以便進行位置補償，所述MC5X000芯片的輸出端通訊連接并驅動控制所述電機組件，所述電機組件包括微型電機，所述微型電機連接有真空抽吸裝置和微型真空吸盤，所述微型電機通過所述真空抽吸裝置抽吸所述微型真空吸盤內的空氣，使所述微型真空吸盤產生內外壓力差形成負壓，以增加吸附能力、防止打滑。2.根據權利要求1所述的四輪雙核中速滅火機器人伺服控制器，其特征在于，所述供電裝置為鋰電池。3.根據權利要求1所述的四輪雙核中速滅火機器人伺服控制器，其特征在于，所述傳感組件包括第一傳感器、第二傳感器、第三傳感器、第四傳感器、第五傳感器、第六傳感器和光電傳感器，所述第一傳感器、第二傳感器、第三傳感器、第四傳感器、第五傳感器、第六傳感器均為超聲波傳感器。4.根據權利要求3所述的四輪雙核中速滅火機器人伺服控制器，其特征在于，所述第一傳感器與所述第六傳感器配合使用感應判斷前方的障礙，所述第二傳感器與所述第三傳感器配合使用感應判斷左方的障礙，所述第四傳感器與所述第五傳感器配合使用感應判斷右方的障礙，所述第二傳感器與所述第三傳感器在不同位置精確測量到房間左側從有擋墻到無擋墻或者無擋墻到有擋墻的變化，所述第四傳感器與所述第五傳感器在不同位置精確測量到房間右側從有擋墻到無擋墻或者無擋墻到有擋墻的變化，并將所述信號傳送至所述MC5X000芯片進行精確補償。5.根據權利要求1所述的四輪雙核中速滅火機器人伺服控制器，其特征在于，所述電機組件還包括前左輪電機、前右輪電機、后左輪電機和后右輪電機，所述前左輪電機、前右輪電機、后左輪電機和后右輪電機分別連接控制所述滅火機器人的前左輪、前右輪、后左輪和后右輪的運動。6.根據權利要求5所述的四輪雙核中速滅火機器人伺服控制器，其特征在于，所述前左輪電機、前右輪電機、后左輪電機、后右輪電機和微型電機均為直流無刷電機，所述前左輪電機和所述前右輪電機的功率大于所述后左輪電機和所述后右輪電機，所述前左輪電機和所述前右輪電機獨立工作或者所述前左輪電機、所述前右輪電機、所述后左輪電機和所述后右輪電機共同工作。7.根據權利要求5所述的四輪雙核中速滅火機器人伺服控制器，其特征在于，還包括光電編碼器，所述光電編碼器分別設置在所述前左輪電機、前右輪電機、后左輪電機、后右輪電機和微型電機上。8.根據權利要求1所述的四輪雙核中速滅火機器人伺服控制器，其特征在于，所述電機組件與所述MC5X000芯片之間設置有信號放大裝置。9.根據權利要求1所述的四輪雙核中速滅火機器人伺服控制器，其特征在于，所述MC5X000芯片驅動所述電機組件的信號均為PWM波控制信號。10.根據權利要求1所述的四輪雙核中速滅火機器人伺服控制器，其特征在于，所述MC5X000芯片的內部還設置有上位機系統(tǒng)和運動控制系統(tǒng)，所述上位機系統(tǒng)包括房間探索模塊、房間存儲模塊、路徑讀取模塊、人機界面模塊和在線輸出模塊，所述運動控制系統(tǒng)包括基于MC5X000五軸同步直流無刷和直流混合伺服控制模塊、坐標定位模塊和I/O控制模塊，其中，所述基于MC5X000五軸同步直流無刷和直流混合伺服控制模塊包括基于四軸直流無刷電機滅火機器人搜尋伺服控制模塊和單軸真空吸盤吸附伺服控制模塊，所述基于四軸直流無刷電機滅火機器人搜尋伺服控制模塊驅動控制所述單軸真空吸盤吸附伺服控制模塊。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種四輪雙核中速滅火機器人伺服控制器，包括：供電裝置、STM32F407芯片、MC5X000芯片、傳感組件、三軸加速度計傳感器、陀螺儀和電機組件，所述供電裝置電性連接所述STM32F407芯片和所述MC5X000芯片，所述STM32F407芯片通訊連接所述MC5X000芯片且使能所述MC5X000芯片。通過上述方式，本發(fā)明四輪雙核中速滅火機器人伺服控制器通過陀螺儀和加速度傳感器實時反饋速度和加速度信號，控制器通過積分得到機器人的位置信號，基于直流電機的真空吸附技術消除了機器人行走打滑現象的發(fā)生結構新穎、控制簡單、速度提升、節(jié)省空間、調速平穩(wěn)、抗干擾能力強、穩(wěn)定性高，在四輪雙核中速滅火機器人伺服控制器的普及上有著廣泛的市場前景。
【IPC分類】G05D1/02
【公開號】CN105137976
【申請?zhí)枴緾N201510519641
【發(fā)明人】張好明, 劉增量
【申請人】銅陵學院
【公開日】2015年12月9日
【申請日】2015年8月24日