一种基于arm9两轮微电脑鼠快速连转冲刺伺服系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于ARM9两轮微电脑鼠快速连转冲刺伺服系统，包括：电池检测模块，按键信息模块，全数字最小硬件伺服单元，左、右电机驱动单元，左、右陀螺仪，左、右控制电机；所述电池检测模块、按键信息模块、全数字最小硬件伺服单元、左、右电机驱动单元电性连接于左、右控制电机；左、右陀螺仪与全数字最小硬件伺服单元连接，所述按键信息模块中设置有自动搜索模块和调取信息模块。通过上述方式，本发明中的系统舍弃了单独左转与右转的简单组合，通过分解运动曲线并借助前方导航传感器为微电脑鼠提供一种连转快速冲刺的实用性全数字伺服控制系统，令微电脑鼠更加灵活快速运动。
【专利说明】—种基于ARM9两轮微电脑鼠快速连转冲刺伺服系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种微电脑鼠伺服系统，特别是涉及一种基于ARM9两轮微电脑鼠快速连转冲刺伺服系统。
【背景技术】
[0002]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，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。微电脑鼠比赛在国外已经有30几年的历史，现在每年国际上都要举行上百场类似的微电脑鼠大赛。
[0003]微电脑鼠竞赛采用运行时间、迷宫时间和碰触这三个参数，从速度、求解迷宫的效率和电脑鼠的可靠性三个方面来进行评分，不同的国家采用不同的评分标准，最有代表的四个国家标准为:
美国:IEEE APEC国际微电脑鼠机器人竞赛，探索时间、冲刺时间和固定的接触扣分，都记入总成绩,得分=探索时间/30 +冲刺时间+固定接触扣分；
日本:全日本国际微电脑鼠机器人大会(专家级)，总成绩仅计算冲刺时间，得分=最佳冲刺时间；
英国:微电脑鼠机器人挑战赛，探索时间、冲刺时间和可变的接触扣分都记入总成绩，得分=探索时间/30 +冲刺时间+变动接触扣分；
新加坡:机器人大赛，探索时间、冲刺时间记入总成绩；每次接触机器人将减少一次尝试机会，得分=探索时间/30 +冲刺时间。
[0004]从上面的国际标准来看，冲刺时间决定整个微电脑鼠的成败，由于国内研发此机器人的单位较少，相对研发水平比较落后，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，而且传感器的设置有误，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，使得微电脑在快速冲刺的时候容易撞上前方的挡墙。
[0005](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，有的时候找不到冲刺的终点。
[0006](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。
[0007](4)由于采用比较低级的算法，使得最佳迷宫的计算和冲刺路径的计算都有一定的问题，研发的微电脑鼠基本上不会多次自动加速冲刺，在一般迷宫当中的冲刺一般都要花费15?30秒的时间，这使得在真正的国际复杂迷宫大赛中无法取胜。
[0008](5)由于微电脑鼠在快速冲刺过程中需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。
[0009]( 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和重量比较庞大，而且重心较高，无法满足快速冲刺的要求。
[0010](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。
[0011](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很难办到，使得微电脑鼠在高速冲刺时会在迷宫当中摇摆幅度较大，经常出现撞墙的现象发生，导致冲刺失败。
[0012](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。
[0013](10)由于没有角速度传感器的辅助进行转弯，经常出现转弯角度过小或者过大的现象发生，然后依靠导航的传感器进行补偿，导致在连续多次转弯的迷宫中出现撞墙的现象发生,致使冲刺失败。
[0014](11)采用单个传感器探知前方迷宫的挡墙，极易收到外界干扰，致使前方传感器错误引导快速冲刺的微电脑鼠，导致微电脑鼠在迷宫中冲刺不到位或者撞墙，致使冲刺失败。
[0015]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。
【发明内容】
[0016]本发明主要解决的技术问题是提供一种基于ARM9两轮微电脑鼠快速连转冲刺伺服系统，能够为微电脑鼠提供一个基于两轮的快速连转冲刺系统，利用快速驱动控制器L298N的作用，有利于微电脑鼠在比赛中取得好成绩。
[0017]为解决上述技术问题，本发明米用的一个技术方案是:提供一种基于ARM9两轮微电脑鼠快速连转冲刺伺服系统，包括:电池检测模块、按键信息模块、全数字最小硬件伺服单元、左电机驱动单元、右电机驱动单元、左陀螺仪、右陀螺仪、左控制电机与右控制电机，所述电池检测模块、按键信息模块、全数字最小硬件伺服单元、左电机驱动单元、右电机驱动单元电性连接于左控制电机与控制右电机；所述左陀螺仪和右陀螺仪电性连接于所述全数字最小硬件伺服单元；所述电池检测模块中设置有电荷显示单元，所述电荷显示单元与按键信息模块之间电性连接，所述按键信息模块中设置有自动搜索模块和调取信息模块，所述自动搜索模块和调取信息模块与按键信息模块连接，根据按键信息伺服系统能够实现自动搜索模块和调取信息模块的选取，所述按键信息模块电性和伺服控制单元电性连接。
[0018]在本发明一个较佳实施例中，所述全数字最小硬件伺服单元中设置有冲刺选择模块和冲刺运动模块，信号由冲刺选择模块通过筛选后流向冲刺运动模块后进行传输。
[0019]在本发明一个较佳实施例中，所述冲刺选择模块进一步包含有自动冲刺模块、快速冲刺模块和设定速度冲刺模块；所述冲刺运动模块中进一步包含有环境判断单元、启动冲刺单元和冲刺单元，所述冲刺运动模块中设置有红外传感器、光电编码器和电流传感器，所述红外传感器与环境判断单元之间相互连接，所述冲刺运动模块中进一步包含有:坐标存储模块、对信号进行控制的运动控制器ARM9转化单元、对直流电机进行驱动控制的快速驱动控制器L298N、对左控制电机与控制右电机进行控制与驱动的电机运动模块，所述坐标存储模块、参数指令模块、运动控制器ARM9转化单元、快速驱动控制器L298N、PWM信号模块和电机运动模块之间电性连接。[0020]在本发明一个较佳实施例中，所述环境判断单元中进一步包含有中断请求模块，红外传感器发出的信号经挡墙反射后由接收器接收后向运动控制器ARM9转化单元发出中断请求，运动控制器ARM9转化单元接收所述中断请求信号并作出相应的响应；所述中断请求模块与运动控制器ARM9转化单元之间连接、所输出PWM波经快速驱动控制器L298N输送至电机运动模块，L298N与电机运动模块之间电性连接。
[0021]在本发明一个较佳实施例中，所述启动冲刺单元中进一步包含有信息接收模块、距离生成模块，所述信息接收模块与运动控制器ARM9转化单元、距离生成模块、快速驱动控制器L298N和电机运动模块之间相互连接；所输出PWM波经快速驱动控制器L298N输送至电机运动模块，所述传感器模块、快速驱动控制器L298N与电机运动模块之间电性连接。
[0022]在本发明一个较佳实施例中，所述冲刺单元中进一步包含有速度加减模块、距离生成模块和冲刺模块，所述速度加减模块、距离生成模块、冲刺模块电性连接至坐标存储模±夹，所述冲刺模块还进一步包含有直线冲刺单元、转向冲刺单元和曲线冲刺单元。
[0023]在本发明一个较佳实施例中，所述直线冲刺单元中进一步包含有直线冲刺模块，所述直线冲刺模块与坐标存储模块、参数指令模块、运动控制器ARM9转化单元、快速驱动控制器L298N和电机运动模块依次电性连接，所述光电编码器和电流传感器与所述运动控制器ARM9转化单元与快速驱动控制器L298N电性连接。
[0024]在本发明一个较佳实施例中，所述转向冲刺单元中进一步包含有转向冲刺模块、曲线运动控制模块、误差补偿模块和陀螺仪旋转模块，所述转向冲刺模块、曲线运动控制模块、误差补偿模块与坐标存储模块、参数指令模块、运动控制器ARM9转化单元、与参数转化模块之间相互连接，所输出PWM波经快速驱动控制器L298N输送至电机运动模块，所述陀螺仪模块、运动控制器ARM9转化单元与快速驱动控制器L298N之间电性连接。
[0025]在本发明一个较佳实施例中，所述曲线冲刺单元中进一步包含有曲线冲刺模块、曲线运动控制模块、坐标更新模块、误差补偿模块、陀螺仪旋转模块，所述曲线冲刺模块、曲线运动控制模块、坐标更新模块、误差补偿模块与所述坐标存储模块、参数指令模块、运动控制器ARM9转化单元之间相互连接、所输出PWM波经快速驱动控制器L298N输送至电机运动模块，所述陀螺仪模块、运动控制器ARM9转化单元与快速驱动控制器L298N电性连接。
[0026]本发明的有益效果是:本发明提供一种能够用于实现微电脑鼠快速连转冲刺的伺服系统，利用各个模块之间的相互作用，将微电脑鼠连接为一个整体。利用全数字伺服控制系统和陀螺仪的旋转作用，能够令微电脑鼠在比赛中更加灵活、快速。
【专利附图】
【附图说明】
[0027]为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图，其中:
图1是本发明一种基于ARM9两轮微电脑鼠快速连转冲刺伺服系统一较佳实施例的结构示意图；
图2为本发明一种基于ARM9两轮微电脑鼠快速连转冲刺伺服系统的全数字最小硬件伺服单元框图； 图3为本发明一种基于ARM9两轮微电脑鼠快速连转冲刺伺服系统一较佳实施例的冲刺模块框图；
图4是本发明一种基于ARM9两轮微电脑鼠快速连转冲刺伺服系统一较佳实施例的微电脑鼠迷宫示意图；
图5是本发明一种基于ARM9两轮微电脑鼠快速连转冲刺伺服系统一较佳实施例的微电脑鼠二维示意图；
图6是本发明一种基于ARM9两轮微电脑鼠快速连转冲刺伺服系统一较佳实施例的为微电脑鼠速度曲线图；
图7是本发明一种基于ARM9两轮微电脑鼠快速连转冲刺伺服系统一较佳实施例的微电脑鼠自动冲刺程序示意图；
图8是本发明一种基于ARM9两轮微电脑鼠快速连转冲刺伺服系统一较佳实施例的为微电脑鼠右转冲刺示意图；
图9是本发明一种基于ARM9两轮微电脑鼠快速连转冲刺伺服系统一较佳实施例的微电脑鼠左转冲刺示意图；
图10是本发明一种基于ARM9两轮微电脑鼠快速连转冲刺伺服系统一较佳实施例的连转楼梯迷宫；
图11是本发明一种基于ARM9两轮微电脑鼠快速连转冲刺伺服系统一较佳实施例的连转楼梯示意图；
图12是本发明一种基于ARM9两轮微电脑鼠快速连转冲刺伺服系统一较佳实施例的连转楼梯参数示意图；
图13是本发明一种基于ARM9两轮微电脑鼠快速连转冲刺伺服系统一较佳实施例的连转U型迷宫；
图14是本发明一种基于ARM9两轮微电脑鼠快速连转冲刺伺服系统一较佳实施例的连转U型示意图；
图15是本发明一种基于ARM9两轮微电脑鼠快速连转冲刺伺服系统一较佳实施例的连转U型迷宫参数示意图。
[0028]附图中各部件的标记如下:1、左控制电机；2、右控制电机；3、红外传感器。
【具体实施方式】
[0029]下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
[0030]请参阅图1、图2和图3，本发明实施例提供如下技术方案。
[0031]在一个实施例中，一种基于ARM9两轮微电脑鼠快速连转冲刺伺服系统,包括:电池检测模块、按键信息模块、全数字最小硬件伺服单元、左电机驱动单元、右电机驱动单元、左陀螺仪、右陀螺仪、左控制电机与右控制电机，所述电池检测模块、按键信息模块、全数字最小硬件伺服单元、左电机驱动单元、右电机驱动单元电性连接于左控制电机与控制右电机；所述左陀螺仪和右陀螺仪电性连接于所述全数字最小硬件伺服单元；所述电池检测模块中设置有电荷显示单元，所述电荷显示单元与按键信息模块之间电性连接，所述按键信息模块中设置有自动搜索模块和调取信息模块，所述自动搜索模块和调取信息模块与按键信息模块连接，根据按键信息伺服系统能够实现自动搜索模块和调取信息模块的选取，所述按键信息模块电性和伺服控制单元电性连接。
[0032]区别于现有技术，在一个实施例中，所述全数字最小硬件伺服单元中设置有冲刺选择模块和冲刺运动模块，信号由冲刺选择模块通过筛选后流向冲刺运动模块后进行传输。
[0033]所述冲刺选择模块进一步包含有自动冲刺模块、快速冲刺模块和设定速度冲刺模块；所述冲刺运动模块中进一步包含有环境判断单元、启动冲刺单元和冲刺单元，所述冲刺运动模块中设置有红外传感器、光电编码器和电流传感器，所述红外传感器与环境判断单元之间相互连接，所述冲刺运动模块中进一步包含有:坐标存储模块、对信号进行控制的运动控制器ARM9转化单元、对直流电机进行驱动控制的快速驱动控制器L298N、对左控制电机与控制右电机进行控制与驱动的电机运动模块，所述坐标存储模块、参数指令模块、运动控制器ARM9转化单元、快速驱动控制器L298N、电机运动模块之间电性连接。
[0034]所述环境判断单元中进一步包含有中断请求模块，红外传感器发出的信号经挡墙反射后由接收器接收后向运动控制器ARM9转化单元发出中断请求，运动控制器ARM9转化单元接收所述中断请求信号并作出相应的响应；所述中断请求模块与运动控制器ARM9转化单元之间连接、所输出PWM波经快速驱动控制器L298N输送至电机运动模块，L298N与电机运动模块之间电性连接。
[0035]所述启动冲刺单元中进一步包含有信息接收模块、距离生成模块，所述信息接收模块与运动控制器ARM9转化单元、距离生成模块、PWM信号模块、快速驱动控制器L298N和电机运动模块电性连接；所述距离生成模块与所述光电编码器和电流传感器电性连接至PWM信号模块。
[0036]所述冲刺单元中进一步包含有速度加减模块、距离生成模块和冲刺模块，所述速度加减模块、距离生成模块、冲刺模块电性连接至坐标存储模块，所述冲刺模块还进一步包含有直线冲刺单元、转向冲刺单元和曲线冲刺单元。
[0037]所述直线冲刺单元中进一步包含有直线冲刺模块，所述直线冲刺模块与坐标存储模块、参数指令模块、运动控制器ARM9转化单元、快速驱动控制器L298N和电机运动模块依次电性连接，所述光电编码器和电流传感器与所述运动控制器ARM9转化单元与快速驱动控制器L298N电性连接。
[0038]所述转向冲刺单元中进一步包含有转向冲刺模块、曲线运动控制模块、误差补偿模块和陀螺仪旋转模块，所述转向冲刺模块、曲线运动控制模块、误差补偿模块与坐标存储模块、参数指令模块、运动控制器ARM9转化单元、与参数转化模块之间相互连接，所输出的PWM波经快速驱动控制器L298N输送至电机运动模块，所述陀螺仪模块、运动控制器ARM9转化单元与快速驱动控制器L298N之间电性连接。
[0039]所述曲线冲刺单元中进一步包含有曲线冲刺模块、曲线运动控制模块、坐标更新模块、误差补偿模块、陀螺仪旋转模块，所述曲线冲刺模块、曲线运动控制模块、坐标更新模块、误差补偿模块与所述坐标存储模块、参数指令模块、运动控制器ARM9转化单元之间相互连接、所输出PWM波经快速驱动控制器L298N输送至电机运动模块，所述陀螺仪模块、运动控制器ARM9转化单元与快速驱动控制器L298N电性连接。
[0040]为了能够使微电脑鼠的快速连转冲刺伺服系统更明显的作用于微电脑鼠的运动，请参阅图4、图5、图6、图7、图8、图9、图10、图11、图12、图13、图14和图15。
[0041]打开微电脑鼠电源瞬间，系统将会按照图7的方式完成冲刺。首先系统要完成初始化，然后等待按键信息，未接到按键信息命令之前，微电脑鼠在起点坐标(0，0)等待控制器发出的冲刺命令。根据按键信息，本发明有以下三种冲刺方法:(I)按下START(启动)键，系统放弃以前的迷宫信息，先进行搜索，搜索完成后生成优化的冲刺迷宫信息，微电脑鼠进入自动多次冲刺阶段；(2)按下RESET (复位)+STRAT (启动)键，系统调出已经探索后的最优迷宫，然后沿着起点开始快速向终点(7，7)、(7，8)、(8，7)、(8，8)冲刺；(3)按下RESET(复位)+STRAT (启动)+SPEED (速度)键，系统调出已经探索后的最优迷宫，然后沿着起点以设定的冲刺速度开始快速向终点(7，7)、(7，8)、(8，7)、(8，8)冲刺。
[0042]微电脑鼠在起点坐标(0，0)接到任务后，为了防止放错冲刺方向，其前方的红外传感器S1、S6对前方的环境进行判断，确定有没有挡墙进入运动范围。(I)存在挡墙时，向ARM9 (S3C2440A)发出中断请求，ARM9 (S3C2440A)会对中断做第一时间响应，然后禁止L298N的使能端ENA和ENB工作，封锁微电脑鼠的左控制电机I和右控制电机2的PWM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，防止信息误判；(2)如果没有挡墙进入前方的运动范围，微电脑鼠将进行正常的冲刺。
[0043]在微电脑启动冲刺瞬间，传感器S1、S2、S3、S4、S5、S6 (六个独立的红外发射管0PE5594A发出的红外光经接收器TSL262接受后转化为周围迷宫的信息)判断周围的环境并送给ARM9 (S3C2440A)，然后由ARM9 (S3C2440A)根据冲刺迷宫信息生成图6的梯形图生成速度-时间运动图的指令给定值，这个图形包含的面积就是微电脑鼠左控制电机1、右控制电机2要运行的距离S。然后结合光电编码盘和电流传感器的反馈生成驱动两轴直流电机的PWM波与方向。PWM波经L298N后驱动两个独立电机，完成整个加速过程直到达到冲刺设定速度，并把处理数据通讯给ARM9 (S3C2440A),由ARM9 (S3C2440A)继续处理后续的运行状态。
[0044]本发明舍弃了传统单一速度冲刺模式，按照图6的速度和时间曲线控制微电脑鼠的加速和减速，梯形图包含的面积为微电脑鼠运动Z格的距离。在微电脑鼠沿着Y轴向前快速冲刺过程中如果迷宫信息中显示前方有Z格直线坐标下没有挡墙进入前方的运动范围，系统进入冲刺子程序I。微电脑鼠将存储其现在的坐标(X，Y)，ARM9(S3C2440A)把向前运动Z格的位置参数根据冲刺条件的不同计算出速度参数以及加速度参数指令值，然后结合光电编码器和电流传感器的反馈经内部位置、速度和加速度控制程序生成形成当前条件下的速度-时间梯形图。由于直流电机的速度和电压成正比例，根据这个梯形图图就可以生成控制左右轮直流电机的PWM波，然后ARM9 (S3C2440A)通过调整L298N管脚0UT1、0UT3为高电平，0UT2、0UT4为低电平，控制左右轮的左控制电机I和右控制电机2向前运动。当到达设定目标时，将更新其坐标为(X，Y+Z)，在其向前运动过程到达既定目标时，在Y+Z〈15的前提下，判断其坐标是不是(7，7)、(7，8)、(8，7)、(8，8)其中的一个，如果不是将继续更新其坐标，如果是的话通知控制器已经冲刺到目标，然后置返航探索标志为1，冲刺标志为0，微电脑鼠准备冲刺后的二次返程探索，去搜寻更优的迷宫路径。
[0045]在微电脑鼠沿着Y轴反向向前快速冲刺过程中如果迷宫信息中显示前方有Z格直线坐标下没有挡墙进入前方的运动范围，系统进入冲刺子程序I。微电脑鼠存储其现在的坐标(X，Y)，ARM9 (S3C2440A)把向前运动Z格的位置参数根据冲刺条件的不同计算出速度参数以及加速度参数指令值。然后结合光电编码器和电流传感器的反馈经内部位置、速度和加速度控制程序生成形成当前条件下的速度-时间梯形图。由于直流电机的速度和电压成正比例，根据这个梯形图图就可以生成控制左右轮直流电机的PWM波，然后ARM9 (S3C2440A)通过调整L298N管脚OUT 1、0UT3为高电平，0UT2、0UT4为低电平，控制左右轮的左控制电机I和右控制电机2向前运动。系统进入冲刺子程序1，当到达设定目标时，将更新其坐标为(X，Y-Z)。在其向前运动过程到达既定目标时，在确定Υ-Ζ>0的前提下，判断其坐标是不是(7，7)、(7，8)、(8，7)、(8，8)其中的一个；如果不是将继续更新其坐标，如果是的话通知控制器已经冲刺到目标，然后置返航探索标志为1，冲刺标志为0，微电脑鼠准备冲刺后的二次返程探索，去搜寻更优的迷宫路径。
[0046]在微电脑鼠沿着Y轴向前运动过程中如果有挡墙进入前方的运动范围，并且此时迷宫信息中左方有挡墙时，系统进入冲刺子程序2。微电脑鼠将存储此时坐标(X，Y)，然后进入图8所示的曲线运动轨迹。在右冲刺转弯时，ARM9(S3C2440A)首先把行走直线很短的距离DashTurn_R90_Leading按照不同的冲刺条件时间要求转化为速度参数以及加速度参数指令值。然后结合左控制电机I和右控制电机2上的光电编码器和电流传感器的反馈经内部位置、速度和加速度控制程序，生成控制左右轮的PWM波给L298N。然后控制左右轮以相同的加速度和速度直线前进。当到达既定目标时，传感器参考值R90_FrontWallRef开始工作，防止外界干扰开始做误差补偿。误差补偿结束后开始调整直流左控制电机I和直流右控制电机2速度为DashTurn_R90_VelXl和DashTurn_R90_VelYl，此时控制器会把曲线运动轨迹DashTurn_R90_Arcl按照不同的冲刺条件时间要求转化为速度参数以及加速度参数指令值。然后结合左控制电机I和右控制电机2上的光电编码器和电流传感器的反馈经内部位置、速度和加速度控制程序，生成控制左右轮的PWM波给L298N。然后控制左右轮以恒定的比值Cl进行转弯。当到达既定目标后，立即调整微电脑鼠速度为DashTUrn_R90_VelX2和DashTurn_R90_VelY2，此时控制器会把曲线运动轨迹DashTurn_R90_Arc2按照不同的冲刺条件时间要求转化为速度参数以及加速度参数指令值。然后结合左控制电机I和右控制电机2上的光电编码器和电流传感器的反馈经内部位置、速度和加速度控制程序，生成控制左右轮的PWM波给L298N，然后控制左右轮以恒定的比值C2进行转弯。当到达既定目标后，陀螺仪保证微电脑鼠在其控制下已经右转90度，控制器把直线行走很短的距离DashTurn_R90_Passing按照不同的冲刺条件时间要求转化为速度参数以及加速度参数指令值。然后结合左控制电机I和右控制电机2上的光电编码器和电流传感器的反馈经内部位置、速度和加速度控制程序，生成控制左右轮的PWM波给L298N，然后控制左右轮以相同的加速度和速度前进。当到达既定目标后，通过四段不同的轨迹完成整个右转弯的轨迹曲线运动。此时将更新其坐标为(X+1，Y)，在X+l〈15的前提下，判断其坐标是不是(7，7)、(7，8)、(8，7)、(8，8)其中的一个。如果不是将继续更新其坐标，如果是的话通知控制器已经冲刺到目标，然后置返航探索标志为1，冲刺标志为O,微电脑鼠准备冲刺后的二次返程探索，去搜寻更优的迷宫路径。
[0047]在微电脑鼠沿着Y轴向前运动过程中如果有挡墙进入前方的运动范围，并且此时迷宫信息中左方有挡墙时，系统进入冲刺子程序3。微电脑鼠将存储此时坐标(X，Y)，然后进入图9所示的曲线运动轨迹。在左冲刺转弯时，ARM9(S3C2440A)首先把行走直线很短的距离DashTurn_L90_Leading按照不同的冲刺条件时间要求转化为速度参数以及加速度参数指令值。然后结合左控制电机I和右控制电机2上的光电编码器和电流传感器的反馈经内部位置、速度和加速度控制程序，生成控制左右轮的PWM波给L298N。然后控制左右轮以相同的加速度和速度直线前进。当到达既定目标时，传感器参考值R90_FrontWallRef开始工作，防止外界干扰开始做误差补偿。误差补偿结束后开始调整直流左控制电机I和直流右控制电机2速度为DashTurn_L90_VelXl和DashTurn_L90_VelYl，此时控制器会把曲线运动轨迹DashTurn_L90_Arcl按照不同的冲刺条件时间要求转化为速度参数以及加速度参数指令值。然后结合左控制电机I和右控制电机2上的光电编码器和电流传感器的反馈经内部位置、速度和加速度控制程序，生成控制左右轮的PWM波给L298N，然后控制左右轮以恒定的比值C3进行转弯。当到达既定目标后，立即调整微电脑鼠速度为DashTUrn_L90_VelX2和DashTurn_L90_VelY2。此时控制器会把曲线运动轨迹DashTurn_L90_Arc2按照不同的冲刺条件时间要求转化为速度参数以及加速度参数指令值，然后结合左控制电机I和右控制电机2上的光电编码器和电流传感器的反馈经内部位置、速度和加速度控制程序，生成控制左右轮的PWM波给L298N，然后控制左右轮以恒定的比值C4进行转弯。当到达既定目标后，陀螺仪保证微电脑鼠在其控制下已经左转90度，控制器把直线行走很短的距离DashTurn_L90_Passing按照不同的冲刺条件时间要求转化为速度参数以及加速度参数指令值，然后结合左控制电机I和右控制电机2上的光电编码器和电流传感器的反馈经内部位置、速度和加速度控制程序，生成控制左右轮的PWM波给L298N。然后控制左右轮以相同的加速度和速度前进，当到达既定目标后通过四段不同的轨迹完成整个左转弯的轨迹曲线运动。此时将更新其坐标为(X-1，Y)，在X-l〈15的前提下，判断其坐标是不是(7，7)、(7，8)、(8，7)、(8，8)其中的一个，如果不是将继续更新其坐标，如果是的话通知控制器已经冲刺到目标，然后置返航探索标志为1，冲刺标志为O,微电脑鼠准备冲刺后的二次返程探索，去搜寻更优的迷宫路径。
[0048]在微电脑鼠沿着X轴、Y轴向前运动过程中如果有类似图10的楼梯型迷宫挡墙进入前方的运动范围，系统进入冲刺子程序4。微电脑鼠将存储此时坐标(X，Y)，然后进入图
11、图12所示的曲线运动轨迹。在一次左冲刺转弯时，ARM9 (S3C2440A)首先把行走直线很短的距离Leadingl按照不同的冲刺条件时间要求转化为速度参数以及加速度参数指令值，然后结合左控制电机I和右控制电机2上的光电编码器和电流传感器的反馈经内部位置、速度和加速度控制程序，生成控制左右轮的PWM波给L298N，然后控制左右轮以相同的加速度和速度直线前进。当到达既定目标时，把此时的迷宫坐标更新为(Χ+1，Y)，传感器参考值L90_FrontWallRef开始工作，防止外界干扰开始做误差补偿。误差补偿结束后开始调整直流左控制电机I和直流右控制电机2速度为DashTurn_L90_VelXl和DashTurn_L90_VdYl，此时控制器会把曲线运动轨迹L_Arcl按照不同的冲刺条件时间要求转化为速度参数以及加速度参数指令值。然后结合左控制电机I和右控制电机2上的光电编码器和电流传感器的反馈经内部位置、速度和加速度控制程序，生成控制左右轮的PWM波给L298N，然后控制左右轮的速度以恒定的比值进行转弯。当到达既定目标后，立即调整微电脑鼠速度为DashTurn_L90_VelX2和DashTurn_L90_VelY2，此时控制器会把曲线运动轨迹L_Arc2按照不同的冲刺条件时间要求转化为速度参数以及加速度参数指令值，然后结合左控制电机I和右控制电机2上的光电编码器和电流传感器的反馈经内部位置、速度和加速度控制程序，生成控制左右轮的PWM波给L298N，然后控制左右轮的速度以恒定的比值进行转弯。当到达既定目标后，陀螺仪保证微电脑鼠在其控制下已经左转90度，控制器把直线行走很短的距离Passingl+Leading2,按照不同的冲刺条件时间要求转化为速度参数以及加速度参数指令值，然后结合左控制电机I和右控制电机2上的光电编码器和电流传感器的反馈经内部位置、速度和加速度控制程序，生成控制左右轮的PWM波给L298N，然后控制左右轮以相同的加速度和速度前进，当传感器S5的值产生有高电平到低电平的跃变时，更新微电脑鼠坐标为(X+1，Y+1)，微电脑鼠继续以当前的速度和加速前进。当到达既定目标时，传感器参考值R90_FrontWallRef开始工作，防止外界干扰开始做误差补偿。误差补偿结束后开始调整直流左控制电机I和直流右控制电机2速度为DashTurn_R90_VelXl和DashTurn_R90_VelYl，此时控制器会把曲线运动轨迹R_Arcl按照不同的冲刺条件时间要求转化为速度参数以及加速度参数指令值，然后结合左控制电机I和右控制电机2上的光电编码器和电流传感器的反馈经内部位置、速度和加速度控制程序，生成控制左右轮的PWM波给L298N，然后控制左右轮速度以恒定的比值进行转弯。当到达既定目标后，立即调整微电脑鼠速度为DashTurn_R90_VelX2和DashTurn_R90_VelY2，此时控制器会把曲线运动轨迹R_Arc2按照不同的冲刺条件时间要求转化为速度参数以及加速度参数指令值，然后结合左控制电机I和右控制电机2上的光电编码器和电流传感器的反馈经内部位置、速度和加速度控制程序，生成控制左右轮的PWM波给L298N。然后控制左右轮速度以恒定的比值进行转弯；当到达既定目标后，陀螺仪保证微电脑鼠在其控制下右转90度，控制器把直线行走很短的距离Passing2+Leading3按照不同的冲刺条件时间要求转化为速度参数以及加速度参数指令值，然后结合左控制电机I和右控制电机2上的光电编码器和电流传感器的反馈经内部位置、速度和加速度控制程序，生成控制左右轮的PWM波给L298N。然后控制左右轮以相同的加速度和速度前进，当传感器S2的值产生有高电平到低电平的跃变时，微电脑鼠完成一个楼梯的冲刺，更新微电脑鼠坐标为(X+2，Y+1)。依此类推，当微电脑鼠完成Z格楼梯迷宫冲刺时，在Z格的坐标为(X+Z，Y+Z)，冲出Z格楼梯迷宫的坐标为(X+Z+1，Y+Z)，在X+Z+l〈15和Y+Z〈15的前提下，判断其坐标是不是(7，7)、(7，8)、(8，7)、(8，8)其中的一个。如果不是将继续更新其坐标，如果是的话通知控制器已经冲刺到目标，然后置返航探索标志为1，冲刺标志为0，微电脑鼠准备冲刺后的二次返程探索，去搜寻更优的迷宫路径；
在微电脑鼠沿着X轴、Y轴向前运动过程中如果有类似图13的U型迷宫挡墙进入前方的运动范围，系统进入冲刺子程序5。微电脑鼠将存储此时坐标(X，Y)，然后进入图14、图15所示的曲线运动轨迹。在一次左冲刺转弯时，ARM9(S3C2440A)首先把行走直线很短的距离Leadingl按照不同的冲刺条件时间要求转化为速度参数以及加速度参数指令值，然后结合左控制电机I和右控制电机2上的光电编码器和电流传感器的反馈经内部位置、速度和加速度控制程序，生成控制左右轮的PWM波给L298N。然后控制左右轮以相同的加速度和速度直线前进；当到达既定目标时，把此时的迷宫坐标更新为(X+1，Y)，传感器参考值L90_FrontWallRef开始工作，防止外界干扰开始做误差补偿。误差补偿结束后，控制器会把曲线运动轨迹L_Arcl按照不同的冲刺条件时间要求转化为速度参数以及加速度参数指令值，然后结合左控制电机I和右控制电机2上的光电编码器和电流传感器的反馈经内部位置、速度和加速度控制程序，生成控制左右轮的PWM波给L298N，然后控制左右轮的速度以恒定的比值转弯。当到达既定目标后，立即调整微电脑鼠的速度，控制器会把曲线运动轨迹L_Arc2按照不同的冲刺条件时间要求转化为速度参数以及加速度参数指令值，然后结合左控制电机I和右控制电机2上的光电编码器和电流传感器的反馈经内部位置、速度和加速度控制程序，生成控制左右轮的PWM波给L298N，然后控制左右轮的速度以恒定的比值转弯。当到达既定目标后，控制器把直线行走很短的距离PaSSingl+Leading2，按照不同的冲刺条件时间要求转化为速度参数以及加速度参数指令值，然后结合左控制电机I和右控制电机2上的光电编码器和电流传感器的反馈经内部位置、速度和加速度控制程序，生成控制左右轮的PWM波给L298N，然后控制左右轮以相同的加速度和速度前进。当传感器S2的值产生有高电平到低电平的跃变时，更新微电脑鼠坐标为(X+1，Y+1)，微电脑鼠继续以当前的速度和加速前进，当到达既定目标时，传感器参考值L90_FrontWallRef?开始工作，防止外界干扰开始做误差补偿。误差补偿结束后，微电脑鼠继续左转，控制器会把曲线运动轨按照不同的冲刺条件时间要求转化为速度参数以及加速度参数指令值，然后结合左控制电机I和右控制电机2上的光电编码器和电流传感器的反馈经内部位置、速度和加速度控制程序，生成控制左右轮的PWM波给L298N，然后控制左右轮的速度以恒定的比值转弯。当到达既定目 标后，立即调整微电脑鼠的速度，控制器会把曲线运动轨迹L_Arc2按照不同的冲刺条件时间要求转化为速度参数以及加速度参数指令值，然后结合左控制电机I和右控制电机2上的光电编码器和电流传感器的反馈经内部位置、速度和加速度控制程序，生成控制左右轮的PWM波给L298N，然后控制左右轮的速度以恒定的比值转弯。当到达既定目标后，控制器把直线行走很短的距离Passing2按照不同的冲刺条件时间要求转化为速度参数以及加速度参数指令值，然后结合左控制电机I和右控制电机2上的光电编码器和电流传感器的反馈经内部位置、速度和加速度控制程序，生成控制左右轮的PWM波给L298N，然后控制左右轮以相同的加速度和速度前进。到达既定目标后，微电脑鼠完成一个U型迷宫的冲刺，更新微电脑鼠坐标为(X，Y+1)，并判断其坐标是不是(7，7)、(7,8), (8，7)、(8，8)其中的一个。如果不是将继续更新其坐标，如果是的话通知控制器已经冲刺到目标，然后置返航探索标志为1，冲刺标志为O,微电脑鼠准备冲刺后的二次返程探索,去搜寻更优的迷宫路径。
[0049]当微电脑鼠冲刺到达(7，7)、(7，8)、(8，7)、(8，8)后会准备冲刺后的返程探索以便搜寻更优的路径，控制器会调出其已经存储的迷宫信息，然后计算出可能存在的其它最佳路径，然后返程开始进入其中认为最优的一条。
[0050]在本发明的具体实施例中，为了能够实现微电脑鼠快速冲刺准确的坐标计算功能，微电脑鼠左右的传感器S2、S3和S4、S5会时刻对周围的迷宫挡墙和柱子进行探测。如果S2、S3或者S4、S5发现传感器信号发生了跃变，则说明微电脑鼠进入了迷宫挡墙和柱子的交接点，此时侧面传感器S2或者是S5会精确探测这一时刻。当再次出现跃变时，说明老鼠已经开始离开当前的迷宫格子，ARM9 (S3C2440A)会根据微电脑鼠当前运行的距离进行计算并根据对传感器反馈信息进行补偿。本发明在高速直流左控制电机I的X轴和Y轴上加入了 512线的光码盘，由于精度较高，使得微电脑鼠的坐标计算不会出现错误，保证了微电脑鼠快速冲刺迷宫信息的准请性。
[0051]在微电脑鼠进入迷宫返程探索时，其导航的传感器S1、S2、S3、S4、S5、S6将工作，并把反射回来的光电信号送给ARM9(S3C2440A)，经ARM9(S3C2440A)运算后确定现在迷宫所处位置。然后由ARM9 (S3C2440A)根据当前迷宫生成PWM波和送控制信号给L298N:如果进入已经搜索的区域将加大PWM波的占空比，使微电脑鼠进行快速前进，减少迷宫搜索的时间；如果是未知返回区域则采用正常速度搜索，并时刻更新其坐标(X，Y)，并判断其坐标是不是(0，0)，如果是置返航探索标志为O，冲刺标志为1，微电脑鼠进入冲刺阶段。
[0052]优选地，在微电脑鼠运动过程中，如果系统出现了干扰，ARM9(S3C2440A)会根据当前状态对电流加以补偿，快速调整电流环的PID参数，使得系统快速稳定下来，防止高速冲刺时干扰对系统的影响；为了能够减少光源对微电脑鼠冲刺的干扰，本发明加入了光电传感器S7，此传感器会在微电脑鼠冲刺阶段对周围的异常光源进行读取，并自动送给控制器做实时补偿，消除了外界光源对冲刺的干扰。
[0053]在微电脑鼠快速冲刺过程中，电池提供的瞬时功率是一定的，在冲刺速度一定的条件下，加速度越大时，需要的力矩就越大，此时需要电池提供的电流就越大，为了保护电池，本发明加入了电流传感器，杜绝了加速时对电池的伤害。
[0054]优选地，当微电脑完成整个冲刺过程到达(7，7)、(7，8)、(8，7)、(8，8)，微电脑鼠会置探索标志为1，微电脑鼠返程探索回到起始点(0，0)。ARM9 (S3C2440A)将控制L298N使得微电脑起始点中心点停车，然后重新调整L298N的0UT1、0UT2、0UT3和0UT4的电平，使得左控制电机I和右控制电 机2以相反的方向运动，并在陀螺仪的控制下，原地旋转180度，然后停车I秒，二次调取迷宫信息。然后根据算法算出优化迷宫信息后的最优冲刺路径，然后置冲刺标志为1，系统进入二次快速冲刺阶段。然后按照冲刺----探索---冲刺，完成多次的冲刺，以达到快速冲刺的目的。
[0055]以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的【技术领域】，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
【权利要求】
1.一种基于ARM9两轮微电脑鼠快速连转冲刺伺服系统，其特征在于:包括:电池检测模块、按键信息模块、全数字最小硬件伺服单元、左电机驱动单元、右电机驱动单元、左陀螺仪、右陀螺仪、左控制电机与右控制电机，所述电池检测模块、按键信息模块、全数字最小硬件伺服单元、左电机驱动单元、右电机驱动单元电性连接于左控制电机与控制右电机；所述左陀螺仪和右陀螺仪电性连接于所述全数字最小硬件伺服单元；所述电池检测模块中设置有电荷显示单元，所述电荷显示单元与按键信息模块之间电性连接，所述按键信息模块中设置有自动搜索模块和调取信息模块，所述自动搜索模块和调取信息模块与按键信息模块连接，根据按键信息伺服系统能够实现自动搜索模块和调取信息模块的选取，所述按键信息模块电性和伺服控制单元电性连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于ARM9两轮微电脑鼠快速连转冲刺伺服系统，其特征在于:所述全数字最小硬件伺服单元中设置有冲刺选择模块和冲刺运动模块，所述信号由冲刺选择模块通过筛选后流向冲刺运动模块后进行传输。
3.根据权利要求2所述的一种基于ARM9两轮微电脑鼠快速连转冲刺伺服系统，其特征在于:所述冲刺选择模块进一步包含有自动冲刺模块、快速冲刺模块和设定速度冲刺模块；所述冲刺运动模块中进一步包含有环境判断单元、启动冲刺单元和冲刺单元，所述冲刺运动模块中设置有红外传感器、光电编码器和电流传感器，所述红外传感器与环境判断单元之间相互连接，所述冲刺运动模块中进一步包含有:坐标存储模块、对信号进行控制的运动控制器ARM9转化单元、对直流电机进行驱动控制的快速驱动控制器L298N、对左控制电机与控制右电机进行控制与驱动的电机运动模块，所述坐标存储模块、参数指令模块、运动控制器ARM9转化单元、快速驱动控制器L298N、PWM信号模块和电机运动模块之间电性连接。
4.根据权利要求3所述的一种基于ARM9两轮微电脑鼠快速连转冲刺伺服系统，其特征在于:所述环境判断单元中进一步包含有中断请求模块，红外传感器发出的信号经挡墙反射后由接收器接收后向运动控制器ARM9转化单兀发出中断请求，运动控制器ARM9转化单元接收所述中断请求信号并作出相应的响应；所述中断请求模块与运动控制器ARM9转化单元之间连接、所输出PWM波 经快速驱动控制器L298N输送至电机运动模块，L298N与电机运动模块之间电性连接。
5.根据权利要求3所述的一种基于ARM9两轮微电脑鼠快速连转冲刺伺服系统，其特征在于:所述启动冲刺单元中进一步包含有信息接收模块、距离生成模块，所述信息接收模块与运动控制器ARM9转化单元、距离生成模块、快速驱动控制器L298N和电机运动模块之间相互连接；所输出PWM波经快速驱动控制器L298N输送至电机运动模块，所述传感器模块、快速驱动控制器L298N与电机运动模块之间电性连接。
6.根据权利要求3所述的一种基于ARM9两轮微电脑鼠快速连转冲刺伺服系统，其特征在于:所述冲刺单元中进一步包含有速度加减模块、距离生成模块和冲刺模块，所述速度加减模块、距离生成模块、冲刺模块电性连接至坐标存储模块，所述冲刺模块还进一步包含有直线冲刺单元、转向冲刺单元和曲线冲刺单元。
7.根据权利要求6所述的一种基于ARM9两轮微电脑鼠快速连转冲刺伺服系统，其特征在于:所述直线冲刺单元中进一步包含有直线冲刺模块，所述直线冲刺模块与坐标存储模块、参数指令模块、运动控制器ARM9转化单元、快速驱动控制器L298N和电机运动模块依次电性连接，所述光电编码器和电流传感器与所述运动控制器ARM9转化单元与快速驱动控制器L298N电性连接。
8.根据权利要求6所述的一种基于ARM9两轮微电脑鼠快速连转冲刺伺服系统，其特征在于:所述转向冲刺单元中进一步包含有转向冲刺模块、曲线运动控制模块、误差补偿模块和陀螺仪旋转模块，所述转向冲刺模块、曲线运动控制模块、误差补偿模块与坐标存储模块、参数指令模块、运动控制器ARM9转化单元、与参数转化模块之间相互连接，所输出PWM波经快速驱动控制器L298N输送至电机运动模块，所述陀螺仪模块、运动控制器ARM9转化单元与快速驱动控制器L298N之间电性连接。
9.根据权利要求6所述的一种基于ARM9两轮微电脑鼠快速连转冲刺伺服系统，其特征在于:所述曲线冲刺单元中进一步包含有曲线冲刺模块、曲线运动控制模块、坐标更新模块、误差补偿模块、陀螺仪旋转模块，所述曲线冲刺模块、曲线运动控制模块、坐标更新模块、误差补偿模块与所述坐标存储模块、参数指令模块、运动控制器ARM9转化单元之间相互连接、所输出PWM波经快速驱动控制器L298N输送至电机运动模块，所述陀螺仪模块、运动控制器ARM9转化单元与快 速驱动控制器L298N电性连接。
【文档编号】G05D1/02GK103529839SQ201310469093
【公开日】2014年1月22日 申请日期:2013年10月10日 优先权日:2013年10月10日
【发明者】王应海, 张好明 申请人:苏州工业园区职业技术学院