基于双核四轮微电脑鼠及其快速冲刺控制器制造技术

本实用新型专利技术公开一种基于双核四轮微电脑鼠及其快速冲刺控制器，包括主控制单元、四个运动控制单元和电源，所述主控制单元与所述电源电性连接，所述主控制单元包括ARM处理器和FPGA处理器，所述ARM处理器与FPGA处理器之间电性连接以将控制信号输出至所述FPGA处理器控制所述FPGA处理器工作或关断；所述FPGA处理器进一步与每一个所述运动控制单元电性连接。本实用新型专利技术同时采用两个处理器协同工作处理数据，运算速度较快，避免了大电流的产生，防止锂离子电池过度老化；采用四轮驱动结构，可依据迷宫地面和周围环境状态不同而将需求扭矩按不同比例分布在前后所有的轮子上，转弯方便，稳定性较好，提高了微电脑鼠的行驶能力。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本技术公开一种基于双核四轮微电脑鼠及其快速冲刺控制器，包括主控制单元、四个运动控制单元和电源，所述主控制单元与所述电源电性连接，所述主控制单元包括ARM处理器和FPGA处理器，所述ARM处理器与FPGA处理器之间电性连接以将控制信号输出至所述FPGA处理器控制所述FPGA处理器工作或关断；所述FPGA处理器进一步与每一个所述运动控制单元电性连接。本技术同时采用两个处理器协同工作处理数据，运算速度较快，避免了大电流的产生，防止锂离子电池过度老化；采用四轮驱动结构，可依据迷宫地面和周围环境状态不同而将需求扭矩按不同比例分布在前后所有的轮子上，转弯方便，稳定性较好，提高了微电脑鼠的行驶能力。【专利说明】基于双核四轮微电脑鼠及其快速冲刺控制器
本技术涉及微型机器人领域，尤其涉及一种基于双核四轮微电脑鼠及其快速冲刺控制器。
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，由其原理可以转化为多种实际的工业机器人，近几年内才引进国内，并逐渐成为一个新兴的竞赛项目。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。一只优秀的微电脑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，一只完整的微电脑鼠在大体分为以下几个部分:I)传感器:传感器是微电脑鼠的眼睛，是微电脑鼠准确获取外部环境信息的依据，然后把外界信息输送到微处理器进行各种条件判断。2)电机:执行电机是微电脑鼠的动力源，它根据微处理器的指令来执行微电脑鼠在迷宫中行走时的相关动作。3)算法:算法是微电脑鼠的灵魂。微电脑鼠必须采用一定的智能算法才能找到终点，才能找到一条最短的路径，在最短的时间内到达终点。4)微处理器:微处理器是微电脑鼠的核心部分,是微电脑鼠的大脑。微电脑鼠所有的信息，包括墙壁信息，位置信息，角度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。电脑鼠结合了多学科知识，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。另外电脑鼠走迷宫极具趣味性，容易得到学生的认同及参与，并能很好的激发和引导学生这方面的兴趣和爱好。其开展必然提升参赛者在相关领域的技术水平和应用能力，为技术创新提供平台。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。由于国内研发此机器人的单位较少，对国际规则读取水平较低，相对水平比较落后，研发的微电脑鼠结构如图1，长时间运行发现存在着很多安全问题，即:(I)作为微电脑鼠的眼睛采用的是超声波或者是一般的红外传感器，使得微电脑鼠在快速冲刺时对周围迷宫的判断存在一定的误判。(2)作为微电脑鼠的执行机构采用的是步进电机，经常会遇到丢失脉冲的问题出现，导致对冲刺位置的记忆出现错误。(3)由于采用步进电机，使得机体发热比较严重，不利于在大型复杂迷宫中快速冲刺。(4)由于采用比较低级的算法，在迷宫当中的冲刺一般都要花费15?30秒的时间，这使得在真正的大赛中无法取胜。(5)由于微电脑鼠在快速冲刺过程中要频繁的刹车和启动，加重了单片机的工作量，单片信号处理器无法满足微电脑鼠快速冲刺的要求。(6)相对采用的都是一些体积比较大的插件元器件使得微电脑鼠的体积比较庞大，无法满足快速冲刺的要求。(7)由于受周围环境不稳定因素干扰，特别是周围一些光线的干扰，单片机控制器经常会出现异常，引起微电脑鼠失控，抗干扰能力较差。(8)对于差速控制的微电脑鼠来说，一般要求其两个电机的控制信号要同步，但是对于单一单片机来说又很难办到，使得微电脑鼠在直道上行驶的时候就要来回的补偿，特别是对于高速冲刺时，微电脑鼠有的时候在迷宫当中摇摆幅度较大。(9)由于受单片机容量和算法影响，微电脑鼠对迷宫的信息没有存储，当遇到掉电情况时候所有的信息将消失，这使得整个冲刺过程无法完成。(10)由于受单片机容量影响，现有的微电脑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，导致微电脑鼠出现撞墙的现象发生；(11)两轮微电脑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电脑鼠也会打滑，有可能导致撞墙的现象出现，不利于高速微电脑鼠的发展。(12)两轮微电脑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，这时微电脑鼠系统更加容易打滑，也更容易走偏，导致导航失败。(13)两轮微电脑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。(14)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，不利于微电脑鼠本体微型化发展和微电脑鼠系统能源的节省。因此，需要对现有的基于单片机控制的微电脑鼠控制器进行重新设计。
技术实现思路
本技术主要解决的技术问题是提供一种基于双核四轮微电脑鼠快速冲刺控制器，同时采用两个处理器(即ARM处理器和FPGA处理器)协同工作处理数据，运算速度较快，避免了大电流的产生，防止锂离子电池过度老化；采用四轮驱动结构，即可选择四轮同时驱动，也可选择两轮驱动，可依据迷宫地面和周围环境状态不同而将需求扭矩按不同比例分布在前后所有的轮子上，转弯方便，稳定性较好，提高了微电脑鼠的行驶能力。为解决上述技术问题，本技术采用的一个技术方案是:提供一种基于双核四轮微电脑鼠快速冲刺控制器，包括主控制单元、四个运动控制单元和电源，所述主控制单元与所述电源电性连接，所述主控制单元包括ARM处理器和FPGA处理器，所述ARM处理器与FPGA处理器之间电性连接以将控制信号输出至所述FPGA处理器，所述控制信号控制所述FPGA处理器工作或关断；所述FPGA处理器进一步与每一个所述运动控制单元电性连接以控制所述运动控制单元工作。在本技术一个较佳实施例中，所述快速冲刺控制器进一步包括上位机控制单元，所述上位机控制单元包括迷宫读取单元、坐标定位单元和在线输出单元，所述迷宫读取单元、坐标定位单元和在线输出单元分别与所述ARM处理器电性连接。在本技术一个较佳实施例中，每一个所述运动控制单元包括运动控制器和电机，所述运动控制器与电机电性连接，所述电机为高速永磁直流电机，每一个所述电机的转轴上设置有光电编码器。在本技术一个较佳实施例中，所述运动控制器包括伺服控制驱动单元、数据存储单元和输入输出接口，所述伺服控制驱动单元、数据存储单元和输入输出接口分别与所述FPGA处理器电性连接。在本技术一个较佳实施例中，所述伺服控制驱动单元包括数模转换单元、光电编码器、电流电压检测单元、速度检测单元和坐标检测单元。在本技术一个较佳实施例中，所述数模转换单元包括DA芯片。本技术还提供一种四轮微电脑鼠，包括所述快速冲刺控制器，所述快速冲刺控制器包括主控制单元和四个运动控制单元，所述主控本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于双核四轮微电脑鼠快速冲刺控制器，其特征在于，包括主控制单元、四个运动控制单元和电源，所述主控制单元与所述电源电性连接，所述主控制单元包括ARM处理器和FPGA处理器，所述ARM处理器与FPGA处理器之间电性连接以将控制信号输出至所述FPGA处理器，所述控制信号控制所述FPGA处理器工作或关断；所述FPGA处理器进一步与每一个所述运动控制单元电性连接以控制所述运动控制单元工作，每一个所述运动控制单元包括运动控制器和电机。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张好明，王应海，
申请(专利权)人：苏州工业园区职业技术学院，
类型：新型
国别省市：江苏;32