基于stm32f407六轮灭火机器人伺服控制器的制造方法

文档序号:9288170阅读:584来源:国知局
基于stm32f407六轮灭火机器人伺服控制器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉多轴机器人的等领域,涉及一种六轮灭火机器人自动控制系统,尤其涉及一种基于STM32F407六轮灭火机器人伺服控制器。
【背景技术】
[0002]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。
[0003]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。
[0004]—台完整的灭火机器人大致分为以下几个部分:
O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格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。
[0005]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:
(I)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)由于采用两个动力轮驱动,为了满足快速搜寻火源时的加速和减速,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,不利于灭火机器人系统能源的节省。
[0006]因此,需要对现有的基于单片机控制的两轮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的使用六轮灭火机器人伺服系统。

【发明内容】

[0007]本发明主要解决的技术问题是提供一种基于STM32F407六轮灭火机器人伺服控制器,能够更好的提高灭火机器人对复杂环境的适应能力,采用六轮结构替代了原有的两轮和四轮结构,兼顾两轮中置转向的优点,采用前驱+中驱+后驱的六轮驱动结构,中置驱动的两个直流无刷电机功率较大,前置和后置驱动的四个直流无刷电机功率较小,只有在动力需求较高时才启动,起到助力作用,由于采用六轮驱动技术,灭火机器人前后中轮都有动力,可按探索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,以提尚灭火机器人的彳丁驶能力。
[0008]为解决上述技术问题,本发明采用的一个技术方案是:提供了一种基于STM32F407六轮灭火机器人伺服控制器,包括电池、处理器、第一电机、第二电机、第三电机、第四电机、第五电机、第六电机、第七电机以及灭火机器人,所述的电池单独提供电流驱动所述的处理器,所述的处理器采用STM32F407,所述的处理器分别发出第一控制信号、第二控制信号、第三控制信号、第四控制信号、第五控制信号、第六控制信号和第七控制信号,由所述的第一控制信号、第二控制信号、第三控制信号、第四控制信号、第五控制信号、第六控制信号和第七控制信号分别控制所述的第一电机、第二电机、第三电机、第四电机、第五电机、第六电机和第七电机的信号合成之后再控制灭火机器人的运动,其中,所述的第一电机、第二电机、第三电机、第五电机、第六电机和第七电机采用直流无刷电机,所述的第四电机米用直流电机。
[0009]在本发明一个较佳实施例中,所述的电池采用锂离子电池。
[0010]在本发明一个较佳实施例中,所述的第一控制信号、第二控制信号、第三控制信号、第四控制信号、第五控制信号、第六控制信号和第七控制信号均为PWM波控制信号。
[0011]在本发明一个较佳实施例中,所述的处理器的内部还设置有上位机系统和运动控制系统,所述的上位机系统包括房间探索模块、房间存储模块、路径读取模块、人机界面模块以及在线输出模块,所述的运动控制系统包括七轴混合伺服控制模块、坐标定位模块以及I/o控制模块,其中,所述的七轴混合伺服控制模块包括六轴直流无刷电机灭火机器人搜寻伺服控制模块和单轴真空吸盘吸附伺服控制模块。
[0012]在本发明一个较佳实施例中,所述的六轮灭火机器人伺服控制器还包括超声波传感器、电流传感器、光电传感器、电压传感器以及加速度计传感器,所述的超声波传感器、电流传感器、光电传感器、电压传感器以及加速度计传感器均与处理器通讯连接。
[0013]在本发明一个较佳实施例中,所述的超声波传感器的数量为6个、电流传感器的数量为7个、光电传感器、电压传感器以及加速度计传感器的数量均为I个。
[0014]在本发明一个较佳实施例中,所述的六轮灭火机器人伺服控制器还包括光电编码器,所述的光电编码器分别安装在第一电机、第二电机、第三电机、第四电机、第五电机、第六电机和第七电机上。
[0015]本发明的有益效果是:本发明的基于STM32F407六轮灭火机器人伺服控制器,为克服单片机不能满足两轮灭火机器人行走的稳定性和快速性的要求,舍弃了国产自动灭火机器人所采用的基于单片机控制两轮的工作模式,在吸收国外先进控制思想的前提下,自主研发了基于STM32F407的全新六轮驱动控制模式,控制板以STM32F407为处理核心,实现六轴直流无刷电机和单轴直流电机的七轴混合伺服控制数字信号实时处理,并响应各种中断,实现数据信号的实时存储,同时真空吸附技术的引入彻底消除了灭火机器人行走打滑现象的发生,有效提高了灭火机器人搜寻房间位置的精确性。
【附图说明】
[0016]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为灭火机器人房间示意图;
图2为基于单片机控制的两轮灭火机器人原理图;
图3为基于STM
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