单核三轴四轮变结构微微鼠全数字伺服系统控制器技术方案

本实用新型专利技术公开了一种单核三轴四轮变结构微微鼠全数字伺服系统控制器，包括微微鼠壳体、车轮、第一红外传感器、第二红外传感器、第三红外传感器、第四红外传感器、第五红外传感器、第六红外传感器、第一高速直流伺服电机、第二高速直流伺服电机、真空吸附电机、第一磁电编码器、第二磁电编码器、运动传感器以及采集传感器。通过上述方式，本实用新型专利技术提高了单核微微鼠全数字伺服系统的稳定性，有效防止了微微鼠在高速迷宫探索时的地面打滑，避免了微微鼠远远偏离中心位置现象的发生，提高了其快速求解时的稳定性。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种单核三轴四轮变结构微微鼠（PICOMOUSE）全数字自动伺服控制系统，属于微型迷宫机器人领域。
技术介绍
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---微微鼠，其常用二维结构如图1所示。为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2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，然后以最快的速度沿着最佳路径冲刺到终点。微微鼠作为一种新型的迷宫机器人技术，每年世界上有诸多国家和地区在展开这种技术的竞争，并具有不同的竞赛规则，微微鼠在整个迷宫中的行走分为两部分：探索和冲刺，相应花费的时间为探索时间TS和冲刺时间TD以及由于违规而出现的加罚时间TP，微微鼠的最终性能TIME由TS、TD和TP来决定，其中最具有代表性的是日本、美国、英国和新加坡。日本规则如下：TIME=TD；美国规则如下：TIME=TS/30+TD+TP，其中TP为微微鼠出现故障的加罚时间。英国规则如下：TIME=TS/30+TD+TP，其中TP为微微鼠出现故障的加罚时间。新加坡规则如下：TIME=TS/60+TD+TP，其中TP为微微鼠出现故障的加罚时间。从上面的国际规则可以看出，微微鼠求解迷宫在微微鼠的整个运动中占有非常重要的位置，一旦微微鼠求解迷宫失败，微微鼠的整个功能也就无法实现。微微鼠在迷宫中行走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加速和减速运动。一只优秀的微微鼠成功求解迷宫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。如果采用现有的简易算法和结构实现微微鼠求解迷宫，在实践中发现：（1）由于求解迷宫数目的大量增加，且迷宫探测设置点不在是原有的迷宫中心，而是迷宫中的任意一格，使得原有的简易微微鼠求解迷宫技术无法求解现有的复杂迷宫；（2）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索复杂迷宫，在一些对探索有时间要求的国际规则中，经常会出现探索时间较长的现象发生，最终导致微微鼠竞争失败；（3）一些简易微微鼠样机伺服系统采用比较低级的芯片和算法，使得微微鼠在迷宫当中的行走一般都要花费较长的时间，不仅消耗了大量电池的能量，而且在真正的大赛中也无法取胜；（4）由于迷宫挡墙尺寸的减少，使得微微鼠单格行走运行的距离减少，微微鼠在求解迷宫过程中的频繁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微微鼠快速启动和停车的要求；（5）对于两轮驱动的微微鼠来说一般要求驱动其运动的两个电机PWM控制信号要同步，受计算能力的限制单一单片机伺服系统很难满足这一条件，微微鼠在直道上行驶时不能准确的行走在中线上，在高速行走时很容易撞到迷宫挡墙，导致任务失败；（6）由于受单片机容量和算法影响，微微鼠无法存储迷宫信息，当遇到掉电情况时所有的信息将消失，这使得整个探索过程要重新开始；（7）微微鼠在迷宫行走时，易于受到外界干扰，由于没有进行及时补偿导致微微鼠碰撞迷宫挡墙，最终无法完成任务；（8）两轮微微鼠系统在加速行走时由于重心后移，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；（9）两轮微微鼠系统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；（10）两轮微微鼠系统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；（11）由于传统的微微鼠多采用光电编码器实现老鼠的速度和位置的反馈，由于光电编码器的体积较大，使得微微鼠的体积相对较大，无法实现微微鼠伺服系统的微型化发展；（12）由于比赛场地的灰尘较大，特别是迷宫经过多次比赛后，迷宫地板上吸附的灰尘较大，使得快速行驶的微微鼠很容易打滑，导致迷宫信息错误，最终微微鼠无法完成探索和冲刺的任务；（13）由于传统微微鼠伺服系统采用的集成驱动芯片体积较大，微微鼠的体积无法微型化且重量较大，在相同功率直流伺服电机驱动下无法取得足够大的加速度，系统的加速性能较弱。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，需要借助现有的先进控制技术以及先进控制芯片设计一种多轴多轮防滑的微微鼠求解迷宫的全数字伺服控制器。
技术实现思路
本技术主要解决的技术问题是提供一种单核三轴四轮变结构微微鼠全数字伺服系统控制器，为克服单片机不能满足微微鼠求解复杂迷宫的要求，参考国产微电脑鼠所采用的单机工作模式，在吸收国外先进控制思想的前提下，自主研发了基于STM32F405的全数字三轴四轮微微鼠伺服控制器，控制板以STM32F405为处理核心，实现微微鼠探索迷宫和微微鼠在迷宫中冲刺时数字信号的实时处理，并实现对两轴驱动控制芯片A3906SESTR-T的实时输入和输出控制，快速响应中断，实现数据通信和存储实时信号。为解决上述技术问题，本技术采用的一个技术方案是：提供了一种单核三轴四轮变结构微微鼠全数字伺服系统控制器，包括微微鼠壳体、车轮、第一红外传感器、第二红外传感器、第三红外传感器、第四红外传感器、第五红外传感器、第六红外传感器、第一高速直流伺服电机、第二高速直流伺服电机、真空吸附电机、第一磁电编码器、第二磁电编码器、运动传感器以及采集传感器，四个所述的车轮分别两两设置在微微鼠壳体的左右两侧边，所述的第一红外传感器和第六红外传感器分别设置在微微鼠壳体的左右两侧边并位于车轮的前端，所述的第二红外传感器和第五红外传感器设置在微微鼠壳体的前端，所述的第三红外传感器斜向设置在第一红外传感器和第二红外传感器之间，所述的第四红外传感器斜向设置在第五红外传感器和第六红外传感器之间，所述的第一高速直流伺服电机和第二高速直流伺服电机分别安装在微微鼠壳体的左右两边并位于两个车轮之间的位置，所述的真空吸附电机设置在第一高速直流伺服电机和第二高速直流伺服电机上方的中间位置，所述的第一磁电编码器和第二磁电编码器分别设置在第一高速直流伺服电机和第二高速直流伺服电机的下方，所述的运动传感器和采集传感器依次设置在真空吸附电机的下方。在本技术一个较佳实施例中，所述的第三传感器和第四传感器斜向设置时与Y轴之间的夹角大小为：。在本技术一个较佳实施例中，所述的第一磁电编码器和第二磁电编码器均采用基于磁电传感器AS5040H的编码器。在本技术一个较佳实施例中，所述的车轮上均设置有真空吸盘。在本技术一个较佳实施例中，所述的单核三轴四轮变结构微微鼠全数字伺服系统控制器还包括电源装置和控制板，由所述的电源装置单独提供电流驱动所述的控制板，所述的控制板分别发出第一控制信号、第二控制信号和第三控制信号，由所述的第一控制信号、第二控制信号和第三控制信号分别控制所述的第二高速直流伺本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种单核三轴四轮变结构微微鼠全数字伺服系统控制器，其特征在于，包括微微鼠壳体、车轮、第一红外传感器、第二红外传感器、第三红外传感器、第四红外传感器、第五红外传感器、第六红外传感器、第一高速直流伺服电机、第二高速直流伺服电机、真空吸附电机、第一磁电编码器、第二磁电编码器、运动传感器以及采集传感器，四个所述的车轮分别两两设置在微微鼠壳体的左右两侧边，所述的第一红外传感器和第六红外传感器分别设置在微微鼠壳体的左右两侧边并位于车轮的前端，所述的第二红外传感器和第五红外传感器设置在微微鼠壳体的前端，所述的第三红外传感器斜向设置在第一红外传感器和第二红外传感器之间，所述的第四红外传感器斜向设置在第五红外传感器和第六红外传感器之间，所述的第一高速直流伺服电机和第二高速直流伺服电机分别安装在微微鼠壳体的左右两边并位于两个车轮之间的位置，所述的真空吸附电机设置在第一高速直流伺服电机和第二高速直流伺服电机上方的中间位置，所述的第一磁电编码器和第二磁电编码器分别设置在第一高速直流伺服电机和第二高速直流伺服电机的下方，所述的运动传感器和采集传感器依次设置在真空吸附电机的下方。

【技术特征摘要】
1.一种单核三轴四轮变结构微微鼠全数字伺服系统控制器，其特征在于，包括微微鼠壳体、车轮、第一红外传感器、第二红外传感器、第三红外传感器、第四红外传感器、第五红外传感器、第六红外传感器、第一高速直流伺服电机、第二高速直流伺服电机、真空吸附电机、第一磁电编码器、第二磁电编码器、运动传感器以及采集传感器，四个所述的车轮分别两两设置在微微鼠壳体的左右两侧边，所述的第一红外传感器和第六红外传感器分别设置在微微鼠壳体的左右两侧边并位于车轮的前端，所述的第二红外传感器和第五红外传感器设置在微微鼠壳体的前端，所述的第三红外传感器斜向设置在第一红外传感器和第二红外传感器之间，所述的第四红外传感器斜向设置在第五红外传感器和第六红外传感器之间，所述的第一高速直流伺服电机和第二高速直流伺服电机分别安装在微微鼠壳体的左右两边并位于两个车轮之间的位置，所述的真空吸附电机设置在第一高速直流伺服电机和第二高速直流伺服电机上方的中间位置，所述的第一磁电编码器和第二磁电编码器分别设置在第一高速直流伺服电机和第二高速直流...

【专利技术属性】
技术研发人员：张好明，陈阳，
申请(专利权)人：江苏若博机器人科技有限公司，
类型：新型
国别省市：江苏;32