本发明专利技术公开了一种单轮双核中低速灭火机器人伺服控制系统，包括：控制器STM32F407、若干判断前方运动环境的超声波传感器、电流传感器、电机、电机光电编码器、控制参数转化模块和环境参数转换模块；所述控制器STM32F407与所述的电流传感器、电机光电编码器、控制参数转化模块、环境参数转换模块之间相连接。通过上述方式，本发明专利技术能够提供一种单轮双核中低速灭火机器人伺服控制系统，加入了加速度传感器来测量加速度,通过一次积分和二次积分可以得到伺服控制需要的速度和位置反馈参数，实现了灭火机器人的三闭环伺服控制,基于直流电机的真空吸附装置能够彻底消除机器人高速行走打滑现象的发生。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种灭火机器人伺服控制系统，特别是涉及一种单轮双核中低速灭火机器人伺服控制系统。
技术介绍
灭火机器人是一中模拟现实生活中人类发现有害火源并能够自动熄灭火源的一种新型智能机器人。一般情况下，比赛型灭火机器人能够在一间平面结构房子模型里运动，在操作规则指导下以最短的时间找到代表火源的一根蜡烛并将它熄灭。模拟现实家庭中机器人处理火警的过程。蜡烛代表家里燃起的火源，机器人必须找到并熄灭火源。蜡烛火焰的底部将离地面15?20cm高。蜡烛是直径l-2cm的白蜡烛。蜡烛火焰的确切高度和尺寸是不确定的、变化的，而且由蜡烛条件和周围的环境所决定。蜡烛将随机地放在比赛场地的一个房间里，比赛开始后不管火焰具体是什么尺寸，都要求机器人能发现蜡烛。在真正的比赛中，为了加大比赛难度，比赛场地被分为n*n格的标准模式，最常采用的是8*8格的均匀模式，其比赛场地二维结构如图1所示，灭火机器人将在64格房间里寻找火源并熄灭。在图1的二维搜寻火源地图中，墙的材料是木质一般且可以反光，每块挡墙的长度为60cm长，高度在27-34cm。比赛场地地面是光滑的，场地的地板是黑色的。场地上的任意缝隙都刷成黑色。场地的缝隙不超过5_。一些机器人可能用泡沫，粉末或者其他的物质来熄灭蜡烛的火焰。由于每一个机器人比赛后清洗场地的好坏直接影响到地面情况，故地面不保证在整个比赛过程中都保持绝对黑色。一旦启动，灭火机器人必须在没有人的干预下自己控制导航，而非人工控制，为了考验灭火机器人在搜寻火源过程中的稳定性，其不可以碰撞或接触墙壁，否则将被受到处罚。—台完整的灭火机器人大致分为以下几个部分: 1)电机:执行电机是灭火机器人的动力源，它根据微处理器的指令来执行灭火机器人在二维平面上行走的相关动作。2)算法:算法是灭火机器人的灵魂。灭火机器人必须采用一定的智能算法才能准确快速的从一个房间到达另外一个房间的运动，然后发现火源，并开启自身携带的干冰控制器，扑灭火源。3)微处理器:微处理器是灭火机器人的核心部分，是灭火机器人的大脑。灭火机器人所有的信息，包括房间墙壁信息，火源位置信息，和电机状态信息等都需要经过微处理器处理并做出相应的判断。灭火机器人结合了多学科知识，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。国内研发此机器人的单位较多，但是研发的机器人比较落后，研发的灭火机器人结构如图2，长时间运行发现存在着很多安全问题，即: (1)作为灭火机器人的执行机构采用的多是步进电机，经常会遇到丢失脉冲造成电机失步现象发生，导致对位置的记忆出现错误，灭火机器人无法寻求到火源，或者是灭火后机器人无法回到起始点。(2)由于采用步进电机，使得机体发热比较严重，有的时候需要进行加装散热装置，使得机器人整体重量增加。(3)由于采用步进电机，使得系统运转的机械噪声大大增加，不利于环境保护。(4)由于采用步进电机，其电机本体一般都是多相结构，控制电路需要采用多个功率管，使得控制电路相对比较复杂，并且增加了控制器价格。 (5 )由于采用步进电机，使得系统一般不适合在速度较高的场合运行，高速运动时容易产生振动，有时候可能会接触墙壁，导致寻找火源失败。(6)由于灭火机器人要频繁的刹车和启动，加重了单片机的工作量，单一的单片机无法满足灭火机器人快速启动和停止的要求。(7)相对采用的都是一些体积比较大的插件元器件，使得灭火机器人控制系统占用较大的空间，重量相对都比较重。(8)由于受周围环境不稳定因素干扰，单片机控制器经常会出现异常，引起灭火机器人失控，抗干扰能力较差。(9)对于两轮灭火机器人寻找火源过程来说，一般要求其两个电机的PWM控制信号要同步，由于受单片机计算能力的限制，单一单片机伺服系统很难满足这一条件，使得灭火机器人行走导航很难控制，特别是对于快速行走时情况更糟糕。(10)对于通过两个电机差速行驶调节其在二维平面上位置的灭火机器人来说，理想状态下这种机器人都是由两个驱动电机配合一个万向轮来形成一个运动平面，但是当遇到运动路面不平整时经常碰到两个万向轮配合一个驱动轮运转的现象发生，这时就会发生小车失控现象，更为可怕的是，对于带重载的灭火机器人，这种失控有时候会严重破坏周围的物品。(11)在实际机器人灭火过程中，灭火机器人可能进入一条狭长的巷子，由于受场地的影响，基于两轮差速原地旋转的方式可能行不通，这个时候机器人就要模仿现实生活进行倒车退出，但是这个时候又没有传感器对其进行位置校正，容易发生危险。因此，需要对现有的基于单片机控制的灭火机器人控制器进行重新设计，寻求一种经济适用的能够在现实中使用的灭火机器人就成为了必要。
技术实现思路
本专利技术主要解决的技术问题是:如何提供一种加入了加速度传感器来测量加速度，通过一次积分和二次积分可以得到伺服控制需要的速度和位置反馈参数，实现了灭火机器人的三闭环伺服控制，基于直流电机的真空吸附装置能够彻底消除机器人高速行走打滑现象的发生的单轮双核中低速灭火机器人伺服控制系统。为解决上述技术问题，本专利技术采用的一个技术方案是:提供一种单轮双核中低速灭火机器人伺服控制系统，包括:控制器STM32F407、若干判断前方运动环境的超声波传感器、电流传感器、电机、电机光电编码器、控制参数转化模块和环境参数转换模块；所述控制器STM32F407与所述的电流传感器、电机光电编码器、控制参数转化模块、环境参数转换模块之间相连接，微控制器STM32F407通过结合电流传感器信号、电机光电编码器生成若干控制电机的PWM控制信号并驱动电机运行。所述单轮双核高速灭火机器人伺服控制系统还包括加速度传感器，所述加速度传感器与电机光电编码器相结合并把实时信号传输至控制器STM32F407，所述控制器STM32F407根据实施信号的不同自动切换超声波传感器中的一个或多个。在本专利技术一个较佳实施例中，所述电机包括直流无刷电机、直流电机和真空抽吸电机，所述电机光电编码器位于直流无刷电机、直流电机和真空抽吸电机上，且所述直流无刷电机、直流电机和真空抽吸电机分别产生第一位置脉冲信号、第二位置脉冲信号、第三位置脉冲信号，第一位置脉冲信号、第二位置脉冲信号、第三位置脉冲信号与控制器STM32F407之间通信连接。在本专利技术一个较佳实施例中，控制器STM32F407通过实时检测并自动调节真空抽吸电机对地面的吸附能力，且存储环境信息。在本专利技术一个较佳实施例中，所述第一位置脉冲信号、第二位置脉冲信号、第三位置脉冲信号同时为低电平，产生信号传输至控制器STM32F407，同时记录直流无刷电机、直流电机和真空抽吸电机的绝对位置。在本专利技术一个较佳实施例中，所述单轮双核高速灭火机器人伺服控制系统还包括上位机模块和运动控制模块，所述上位机模块中包含有房间探索单元、房间存储单元、路径读取单元、人机界面单元和在线输出单元，所述房间探索单元、房间存储单元、路径读取单元、人机界面单元、在线输出单元均与上位机模块分别控制连接。所述运动控制模块包含坐标定位单元、I/O控制单元、三轴同步直流无刷和直流混合伺服控制系统；所述三轴同步直流无刷和直流混合伺服控制系统包括直流无刷电机和直流电机两轴混合灭火伺服模块、单轴真空吸盘吸附伺服模块，所述直本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种单轮双核中低速灭火机器人伺服控制系统，其特征在于，包括：控制器STM32F407、若干判断前方运动环境的超声波传感器、电流传感器、电机、电机光电编码器、控制参数转化模块和环境参数转换模块；所述控制器STM32F407与所述的电流传感器、电机光电编码器、控制参数转化模块、环境参数转换模块之间相连接，微控制器STM32F407通过结合电流传感器信号、电机光电编码器生成若干控制电机的PWM控制信号并驱动电机运行；所述单轮双核高速灭火机器人伺服控制系统还包括加速度传感器，所述加速度传感器与电机光电编码器相结合并把实时信号传输至控制器STM32F407，所述控制器STM32F407根据实施信号的不同自动切换超声波传感器中的一个或多个。
【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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