一種四輪雙核高速滅火機器人伺服控制器的制造方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及機器人控制器領域，特別是涉及一種四輪雙核高速滅火機器人伺服控制器。
【背景技術】
[0002]滅火機器人是一中模擬現(xiàn)實生活中人類發(fā)現(xiàn)有害火源并能夠自動熄滅火源的一種新型智能機器人。一般情況下，比賽型滅火機器人能夠在一間平面結構房子模型里運動，在操作規(guī)則指導下以最短的時間找到代表火源的一根蠟燭并將它熄滅。模擬現(xiàn)實家庭中機器人處理火警的過程。蠟燭代表家里燃起的火源，機器人必須找到并熄滅火源。蠟燭火焰的底部將離地面15?20cm高。蠟燭是直徑l-2cm的白蠟燭。蠟燭火焰的確切高度和尺寸是不確定的、變化的，而且由蠟燭條件和周圍的環(huán)境所決定。蠟燭將隨機地放在比賽場地的一個房間里，比賽開始后不管火焰具體是什么尺寸，都要求機器人能發(fā)現(xiàn)蠟燭。
[0003]在真正的比賽中，為了加大比賽難度，比賽場地被分為n*n格的標準模式，最常采用的是8*8格的均勻模式，其比賽場地二維結構如圖2所示，滅火機器人將在64格房間里尋找火源并熄滅。在圖2的二維搜尋火源地圖中，墻的材料是木質一般且可以反光，每塊擋墻的長度為60cm長，高度在27-34cm。比賽場地地面是光滑的，場地的地板是黑色的。場地上的任意縫隙都刷成黑色。場地的縫隙不超過5_。一些機器人可能用泡沫，粉末或者其他的物質來熄滅蠟燭的火焰。由于每一個機器人比賽后清洗場地的好壞直接影響到地面情況，故地面不保證在整個比賽過程中都保持絕對黑色。一旦啟動，滅火機器人必須在沒有人的干預下自己控制導航，而非人工控制，為了考驗滅火機器人在搜尋火源過程中的穩(wěn)定性，其不可以碰撞或接觸墻壁，否則將被受到處罰。
[0004]—臺完整的滅火機器人大致分為以下幾個部分:
O電機:執(zhí)行電機是滅火機器人的動力源，它根據(jù)微處理器的指令來執(zhí)行滅火機器人在二維平面上行走的相關動作。
[0005]2)算法:算法是滅火機器人的靈魂。滅火機器人必須采用一定的智能算法才能準確快速的從一個房間到達另外一格房間的運動，然后發(fā)現(xiàn)火源，并開啟自身攜帶的干冰控制器，撲滅火源。
[0006]3)微處理器:微處理器是滅火機器人的核心部分，是滅火機器人的大腦。滅火機器人所有的信息，包括房間墻壁信息，火源位置信息，和電機狀態(tài)信息等都需要經(jīng)過微處理器處理并做出相應的判斷。
[0007]滅火機器人結合了多學科知識，對于提升在校學生的動手能力、團隊協(xié)作能力和創(chuàng)新能力，促進學生課堂知識的消化和擴展學生的知識面都非常有幫助。國內研發(fā)此機器人的單位較多，但是研發(fā)的機器人比較落后，研發(fā)的滅火機器人結構如圖1，長時間運行發(fā)現(xiàn)存在著很多安全問題，即:
(I)作為滅火機器人的執(zhí)行機構采用的多是步進電機，經(jīng)常會遇到丟失脈沖造成電機失步現(xiàn)象發(fā)生，導致對位置的記憶出現(xiàn)錯誤，滅火機器人無法尋求到火源，或者是滅火后機器人無法回到起始點。
[0008](2)由于采用步進電機，使得機體發(fā)熱比較嚴重，有的時候需要進行加裝散熱裝置，使得機器人整體重量增加。
[0009](3)由于采用步進電機，使得系統(tǒng)運轉的機械噪聲大大增加，不利于環(huán)境保護。
[0010](4 )由于采用步進電機，使得系統(tǒng)一般不適合在速度較高的場合運行，高速運動時容易產生振動，有時候可能會接觸墻壁，導致尋找火源失敗。
[0011](5)由于滅火機器人要頻繁的剎車和啟動，加重了單片機的工作量，單一的單片機無法滿足滅火機器人快速啟動和停止的要求。
[0012](6)相對采用的都是一些體積比較大的插件元器件，使得滅火機器人控制系統(tǒng)占用較大的空間，重量相對都比較重。
[0013](7)由于受周圍環(huán)境不穩(wěn)定因素干擾，單片機控制器經(jīng)常會出現(xiàn)異常，引起滅火機器人失控，抗干擾能力較差。
[0014](8)對于兩輪滅火機器人尋找火源過程來說，一般要求其兩個電機的PffM控制信號要同步，由于受單片機計算能力的限制，單一單片機伺服系統(tǒng)很難滿足這一條件，使得滅火機器人行走導航很難控制，特別是對于快速行走時情況更糟糕。
[0015](9)由于采用兩個動力輪驅動，為了滿足快速搜尋火源時的加速和減速，使得單個驅動電機的功率較大，不僅占用的空間較大，而且有時候在一些相對需求能量較低的狀態(tài)下造成“大馬拉小車”的現(xiàn)象出現(xiàn)，不利于滅火機器人系統(tǒng)能源的節(jié)省。
[0016](10)基于單核控制的滅火機器人，特別是對于多輪的滅火機器人，由于處理器處理的算法較多，運算速度不是很快，不利于高速運轉。
[0017](11)在有些條件下，為了增加運算速度，在單核控制器中引入專用運動芯片處理部分伺服控制算法，但是受到專用芯片本身能力的影響，運算速度雖然得到了一定的提高，但是還不是很理想。
[0018]相對于兩輪承載結構，四輪結構具有承載能力更強、移動速度快、控制性能優(yōu)異、工作效率高等優(yōu)點。為了能夠更好的提高滅火機器人對復雜環(huán)境的適應能力，可用四輪結構替代原有的兩輪結構，因此，需要對現(xiàn)有的基于單核控制器+專用運動芯片的兩輪滅火機器人控制器進行重新設計，尋求一種經(jīng)濟適用的能夠在現(xiàn)實中的使用高速雙核四輪滅火機器人伺服系統(tǒng)。

【發(fā)明內容】

[0019]本發(fā)明主要解決的技術問題是提供一種四輪雙核高速滅火機器人伺服控制器，在基于STM32F407的控制器中舍棄了專用精密運動控制專用芯片，而引入FPGA，形成基于STM32F407+FPGA的全新雙核控制器，同時引入真空吸附技術和加速度計傳感器，進一步提高其行走時的穩(wěn)定性和精準性，充分考慮電池在這個系統(tǒng)的作用，把控制系統(tǒng)中工作量最大的四軸直流無刷伺服和單軸直流伺服組成的五軸混合伺服控制交給FPGA處理，充分發(fā)揮FPGA數(shù)據(jù)處理速度相對較快的特點，把STM32F407從復雜的五軸伺服控制中解脫出來，實現(xiàn)人機界面、房間讀取、房間存儲、坐標定位等簡單功能，在四輪雙核高速滅火機器人伺服控制器的普及上有著廣泛的市場前景。
[0020]為解決上述技術問題，本發(fā)明提供一種四輪雙核高速滅火機器人伺服控制器，包括:供電裝置、STM32F407芯片、FPGA芯片、傳感組件、三軸加速度計傳感器、陀螺儀、方向傳感器和電機組件，
所述供電裝置電性連接所述STM32F407芯片和所述FPGA芯片，所述STM32F407芯片通訊連接所述FPGA芯片且使能所述FPGA芯片，所述傳感組件、所述三軸加速度計傳感器、所述陀螺儀和所述方向傳感器均通訊連接所述FPGA芯片，所述三軸加速度計傳感器、所述陀螺儀和所述方向傳感器為所述四輪雙核高速滅火機器人伺服控制器實時提供滅火機器人的位置、速度和加速度反饋以便進行位置補償，所述FPGA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。
[0021 ] 在本發(fā)明一個較佳實施例中，所所述供電裝置為鋰電池。
[0022]在本發(fā)明一個較佳實施例中，所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。
[0023]在本發(fā)明一個較佳實施例中，所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FPGA芯片進行精確補償。
[0024]在本發(fā)明一個較佳實施例中，所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。
[0025]在本發(fā)明一個較佳實施例中，所所述前左輪電機、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。
[0026]在本發(fā)明一個較佳實施例中，所還包括光電編碼器，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。
[0027]在本發(fā)明一個較佳實施例中，所所述電機組件與所述FPGA芯片之間設置有信號放大裝置。
[0028]在本發(fā)明一個較佳實施例中，所所述FPGA芯片驅動所述電機組件的信號均為PffM
波控制信號。
[0029]在本發(fā)明一個較佳實施例中，所所述FPGA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FPGA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FPGA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。
[0030]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明四輪雙核高速滅火機器人伺服控制器具有結構新穎、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)定性高等優(yōu)點，在四輪雙核高速滅火機器人伺服控制器的普及上有著廣泛的市場前景。
【附圖說明】
[0031]為了更清楚地說明本發(fā)明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發(fā)明的一些實施例，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(jù)這些附圖獲得其它的附圖，其中:
圖1是現(xiàn)有技術基于單片機控制的兩輪滅火機器人的原理圖；
圖2是本發(fā)明的四輪雙核高速滅火機器人伺服控制器一較佳實施例的房間示意圖；
圖3是本發(fā)明的四輪雙核高速滅火機器人一較佳實施例的結構示意圖；
圖4是本發(fā)明的四輪雙核高速滅火機器人一較佳實施例的原理圖；
圖5是本發(fā)明的四輪雙核高速滅火機器人伺服控制器一較佳實施例的程序圖；<