本发明专利技术公开了单核低速四轮微微鼠探索控制器，包括传感器装置、陀螺仪装置G、真空抽吸装置和控制单元模块；微微鼠的四轮其中一对位于微微鼠的中部，另一对位于微微鼠的尾部；所述陀螺仪装置包括陀螺仪G1和加速度计A1，所述陀螺仪G1为三轴陀螺仪用于测量三个转动方向运动，所述加速度计A1为三轴加速度计用于测量三个平移运动的加速度。本发明专利技术通过位于底盘下的真空抽吸装置解决了微微鼠在探索过程中打滑的现象，同时根据微微鼠前进的速度以及地面情况自动调节真空抽吸直流电机M的伺服控制，使得微微鼠不在受制于迷宫地面路况。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及微型迷宫探索机器人领域，尤其涉及一种。
技术介绍
微电脑鼠是使用嵌入式微控制器、传感器和机电运动部件构成的一种智能行走机器人，在国外已经竞赛了将近30年，其常采用两轮结构，两轮微电脑鼠二维结构如图1所不O微电脑鼠可以在不同“迷宫”中自动记忆和选择路径，采用相应的算法，快速地到达所设定的目的地。其求解的迷宫之一示意如图2所示。随着微电子技术、计算机控制技术的不断进步，国外专家在微电脑鼠求解迷宫的技术基础之上提出了一种更具有挑战性的迷宫机器人一微微鼠:为了增强迷宫复杂程度以及老鼠求解迷宫的难度，迷宫挡墙由原有的180mm变成了 90mm，原有的迷宫由16*16格变成了 32*32格，新的迷宫二维结构如图3所示。电源一旦打开，微微鼠全程完全依靠自身携带的传感器自动导航，并求解由1024个迷宫格组成的各种复杂迷宫，能够快速从起点找到一条到达设定目标点的最佳路径，然后以最快的速度冲刺到终点。作为一种自助导航智能机器人，因为通过无线装置可以向控制器输入迷宫信息，微微鼠或者微电脑鼠国际准则拒绝使用无线装置，为了能够得到微微鼠或者是微电脑鼠探索、冲刺后的信息，只能通过算法快速寄存并储存其行走信息，当完成任务后通过控制器的232串口或者是USB串口读取存储信息。微微鼠在迷宫中探索过程中要时刻判断周围的环境，然后传输参数到控制器，由控制器反复控制其在迷宫方格中精确的进行加速和减速运动。一只优秀的微微鼠必须具备良好的感知能力，有良好的行走能力，优秀的智能算法，否则将无法完成任务。微微鼠迷宫探索技术综合了多学科知识，对于提升在校学生的动手能力、团队协作能力和创新能力，促进学生课堂知识的消化和扩展学生的知识面都非常有帮助，并且微微鼠迷宫技术的开展可以培养大批相关领域的人才，进而促进相关领域的技术发展和产业化进程。如果认为微微鼠只是微电脑鼠的简单拷贝，按照微电脑鼠技术来设计微微鼠，在实践中则会发现如下问题: (I)基于轮式的微微鼠只能被动的适应迷宫地面的打滑程度，随着微微鼠速度的提高，其打滑概率也极大增加，导致求解迷宫失败。(2)由于求解迷宫数目的大量增加，原有的微电脑鼠求解迷宫技术无法求解现有的复杂迷宫。(3)由于微微鼠尺寸的大幅减少，如果微微鼠采用图1中的六组传感器技术探测迷宫，经常出现传感器相互干扰的状况，导致其读取迷宫信息失败。(4)由于微电脑鼠探索控制器采用的都是比较低级的算法，使得微微鼠在迷宫当中的探索一般都要花费较长的时间，这使得在真正的大赛中无法取胜。(5)由于受单片机容量影响，现有的微微鼠基本上都只有两个动力驱动轮，采用两轮差速方式行驶，使得系统对两轴的伺服要求较高，特别是直线导航时，要求速度和加速度要追求严格的一致，否则直线导航将会失败，导致微微鼠出现撞墙的现象发生； (6)两轮微微鼠系统在加速时由于重心后移，使得老鼠前部轻飘，即使在良好的路面上微微鼠也会打滑，有可能导致撞墙的现象出现，不利于高速微微鼠的发展。(7)两轮微微鼠系统在正常行驶时如果设计不当造成重心前偏，将导致驱动轮上承受的正压力减小，这时微微鼠系统更加容易打滑，也更容易走偏，导致导航失败。(8)两轮微微鼠系统在正常行驶时如果设计不当造成重心侧偏将导致两个驱动轮承受的正压力不同，在快速启动时两轮打滑程度不一致，瞬间就偏离轨迹，转弯时，其中正压力小的轮子可能打滑，导致转弯困难。(9)由于采用两个动力轮驱动，为了满足复杂状态下的加速和减速，使得单个驱动电机的功率较大，不仅占用的空间较大，而且有时候在一些相对需求能量较低的状态下造成“大马拉小车”的现象出现，不利于微微鼠本体微型化发展和微微鼠系统能源的节省。微微鼠求解迷宫是国际新兴的一门技术，由于微微鼠技术的难度较高以及迷宫设计的复杂性，导致国内还没有研发此机器人的单位。因此，需要设计一种满足初级者学习微微鼠求解迷宫的高速探索控制器。
技术实现思路
本专利技术的目的是解决现有技术的不足，提供一种单核低速四轮微微鼠探索控制器，以解决微微鼠在探索过程中打滑、传感器相互干扰、处理时间慢等问题。本专利技术采用的技术方案是:单核低速四轮微微鼠探索控制器，包括传感器装置、陀螺仪装置G、真空抽吸装置和控制单元模块；微微鼠的四轮其中一对位于微微鼠的中部，另一对位于微微鼠的尾部；所述陀螺仪装置包括陀螺仪Gl和加速度计Al，所述陀螺仪Gl为三轴陀螺仪用于测量三个转动方向运动，所述加速度计Al为三轴加速度计用于测量三个平移运动的加速度；所述传感器装置和陀螺仪装置分别信号连接控制单元模块，所述控制单元模块分别信号连接电机X、Y、Z、R和M ;所述传感器装置包括位于两侧的红外传感器SI和S6，位于前端的红外传感器S2和S5，所述传感器S1、S6共同作用判断前方挡墙，传感器S2判断其左边挡墙的存在，传感器S5判断其右边挡墙的存在，同时S2和S5合作为直线运动提供导航依据；所述控制单元模块包括上位机程序模块和运动控制程序模块，所述上位机程序模块包括STM32F407处理器，所述运动控制程序模块包括两片两轴驱动控制芯片L6207D，所述L6207D芯片处理四轴行走伺服控制和单轴真空吸附伺服控制，所述STM32F407处理器电性连接L6207D芯片，所述四轴行走伺服控制单元信号连接单轴真空吸附伺服控制单元。单核低速四轮微微鼠探索控制方法，其包括如下步骤:1)启动信号确认，在起点坐标(0，0)等待控制器发出的探索命令，接到探索任务后，会沿着起点开始向终点(F，F)、(F，10)、(10，F)、(10，10)探索；2)障碍判断，前方的传感器S1、S6和会对前方的环境进行判断，确定有没有挡墙进入运动范围，如存在挡墙将向STM32F407发出中断请求，STM32F407会对中断做第一时间响应，然后禁止控制四轮的两片L6207D使能端ENA、ENB工作，封锁微微鼠的电机X、电机Y、电机Z和电机R的PffM驱动信号，使其静止在原地，然后二次判断迷宫确定前方信息，防止探索时信息误判；3)路径探索，在微微鼠沿着X轴和Y轴向前运动，在任何一个方格的中心如果确定没有挡墙进入前方的运动范围，则微微鼠将存储其坐标(X，Y)，并把向前运动一格的位置参数传输给STM32F407，STM32F407根据探索控制器速度和加速度要求生成速度运动梯形图，这个速度-时间图形包含的面积就是微微鼠电机X和电机Y要运行的一格距离；STM32F407根据这个梯形图结合光电编码器、电流传感器C1、C2的反馈生成驱动两轴直流电机的PWM波，然后STM32F407使能L6207D，由L6207D驱动两个独立电机X和电机Y向前运动，电机X和电机Y的光电编码器会时刻记录已经移动的距离并输送给控制器，陀螺仪Gl和加速计Al记录微微鼠探索时的瞬时运动加速度、速度和位置，当微微鼠快速探索脱离了设定中心位置时，微处理器根据离开中心位置的偏差大小借助陀螺仪Gl和加速度计Al开始进行实时补偿，微调电机的PffM波输入，通过此方式可以精确调整微微鼠在直道的姿态，使其重新回到设定中心位置；4)路径判断，当微微鼠到达(F，F)、(F，10)、(10，F)或(10，10)中的终点准备返程探索时，控制器会调出其已经存储的迷宫，然后根据快速迷宫算法计算出可能存在的最佳路径，返程开始进入本文档来自技高网...
【技术保护点】
单核低速四轮微微鼠探索控制器，其特征是包括传感器装置、陀螺仪装置G、真空抽吸装置和控制单元模块；微微鼠的四轮其中一对位于微微鼠的中部，另一对位于微微鼠的尾部； 所述陀螺仪装置包括陀螺仪G1和加速度计A1，所述陀螺仪G1为三轴陀螺仪用于测量三个转动方向运动，所述加速度计A1为三轴加速度计用于测量三个平移运动的加速度； 所述传感器装置和陀螺仪装置分别信号连接控制单元模块，所述控制单元模块分别信号连接电机X、Y、Z、R和M； 所述传感器装置包括位于两侧的红外传感器S1和S6，位于前端的红外传感器S2和S5，所述传感器S1、S6共同作用判断前方挡墙，传感器S2判断其左边挡墙的存在，传感器 S5判断其右边挡墙的存在，同时S2和S5合作为直线运动提供导航依据； 所述控制单元模块包括上位机程序模块和运动控制程序模块，所述上位机程序模块包括STM32F407处理器，所述运动控制程序模块包括两片两轴驱动控制芯片L6207D，所述L6207D芯片处理四轴行走伺服控制和单轴真空吸附伺服控制，所述STM32F407处理器电性连接L6207D芯片，所述四轴行走伺服控制单元信号连接单轴真空吸附伺服控制单元。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：张好明，杨锐敏，
申请(专利权)人：铜陵学院，
类型：发明
国别省市：安徽;34
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