一种双核三轴四轮变结构高速微微鼠探索控制器的制造方法

一种双核三轴四轮变结构高速微微鼠探索控制器的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种双核三轴四轮变结构高速微微鼠探索控制器，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、第二磁电编码器以及运动传感器，还包括控制板，所述的控制板采用双核控制器，包括ARM和FPGA，所述的ARM与FPGA进行通信连接。通过上述方式，本发明提高了双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，同时提高了微微鼠的速度和位移的精确性，也保证了微微鼠探索迷宫的准确性。
【专利说明】
一种双核三轴四轮变结构高速微微鼠探索控制器
技术领域
[0001 ] 本发明涉及一种双核三轴四轮变结构高速微微鼠（PIC0M0USE)自动探索迷宫控制 系统，属于微型迷宫机器人领域。
【背景技术】
[0002] 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一微微鼠，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，然后以最快的速度冲刺到终点。
[0003] 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??ΜΕ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。
[0004] 日本规则如下：I1ME=TD; 美国规则如下:HME=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:HME=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。
[0005] 从上面的国际规则可以看出，微微鼠探索求解迷宫在微微鼠的整个运动中占有非 常重要的位置，一旦微微鼠探索迷宫失败，微微鼠的整个功能也就无法实现。
[0006] 微微鼠在迷宫中探索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。一只优秀的微微鼠探索迷宫并成 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探索迷宫，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如此复 杂迷宫，在一些对探索有时间要求的国际规则中，受单核处理器处理速度影响，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) -些简易微微鼠样机单核伺服系统采用比较低级的芯片和算法，使得微微鼠在迷 宫当中的探索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，使得微微鼠单格探索运行的距离减少，微微鼠在探索过 程中的频繁刹车和启动加重了单核控制器的工作量，单核控制器无法满足微微鼠快速探索 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核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，在尚速行走时很容易撞到迷宫挡墙，导致任务失败； (6) 由于受单核控制器容量和算法影响，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) 单核控制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) 两轮微微鼠探索伺服系统在加速探索时由于重心后移，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) 两轮微微鼠探索伺服控制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) 两轮微微鼠探索伺服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) 由于传统的微微鼠探索伺服系统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，不利于微微鼠的微型化发 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，导致搜索的迷宫信息错误，最终微微鼠无法完成 探索任务； (13) 由于传统微微鼠探索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； (14) 基于单核控制的微微鼠全数字伺服系统既要处理各种光电传感器信号和迷宫信 息，而且还有处理微微鼠的多轴伺服控制，使得处理器的工作量较大，极大了影响了微微鼠 速度的提高和稳定性。
[0007] 微微鼠探索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。本发明借助现有的先进控制技 术以及先进控制芯片设计一种双核三轴四轮带真空吸附的变结构高速微微鼠探索迷宫伺 服控制器。

【发明内容】

[0008] 本发明主要解决的技术问题是提供一种双核三轴四轮变结构高速微微鼠探索控 制器，为克服单核控制器不能满足微微鼠高速探索时稳定性和快速性的要求，舍弃了国产 微电脑鼠所采用的单核工作模式，在吸收国外先进控制思想的前提下，自主研发了基于ARM (STM32F405)+FPGA(A3P250)的全新双核三轴四轮变结构微微鼠探索伺服控制器，控制板以 FPGA(A3P250)为处理核心来产生三轴伺服系统PWM波，STM32F405把外界环境转化后向 A3P250发送位置、速度、加速度等指令值，A3P250再结合磁电编码器Ml和M2的反馈生成两轴 探索伺服控制系统的PWM波，经驱动桥A3906SESTR-T放大后驱动微微鼠高速前进。 STM32F405从复杂的工作当中解脱出来，实现部分的信号处理算法和A3P250的响应中断，实 现数据通信和存储实时信号。
[0009]为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供了一种双核三轴四轮 变结构高速微微鼠探索控制器，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、第二磁电编码器以及运动 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 的运动传感器设置在真空吸附电机的下方，其中，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：45 e<J?<60e，还包括控制板，所述的控制板设置在微微鼠 壳体内，所述的控制板采用双核控制器，包括ARM和FPGA，所述的ARM与FPGA进行通信连接。 [00 10]在本发明一个较佳实施例中，所述的ARM采用STM32F405控制器，所述的FPGA采用 A3P250控制器。
[0011] 在本发明一个较佳实施例中，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。
[0012] 在本发明一个较佳实施例中，所述的车轮上均设置有真空吸盘。
[0013] 在本发明一个较佳实施例中，所述的双核三轴四轮变结构高速微微鼠探索控制器 还包括电源装置，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服电机、第一高速直流伺服电机和真空吸 附电机的信号合成之后再控制微微鼠的运动。
[0014] 在本发明一个较佳实施例中，所述的电源装置采用锂离子电池。
[0015] 在本发明一个较佳实施例中，所述的双核三轴四轮变结构高速微微鼠探索控制器 还设置有上位机程序和运动控制程序，所述的上位机程序包括迷宫探索、迷宫更新、迷宫存 储和在线输出，所述的运动控制程序包括基于ARM+FPGA三轴四轮微微鼠探索伺服控制、坐 标定位和I /〇控制。
[0016] 在本发明一个较佳实施例中，所述的基于ARM+FPGA三轴四轮微微鼠探索伺服控制 还包括相互连接的基于变结构两轴四轮微微鼠迷宫探索伺服控制和单轴真空吸盘吸附伺 服控制，所述的基于变结构两轴四轮微微鼠迷宫探索伺服控制包括基于变结构探索位置模 块、基于变结构探索速度模块和基于变结构探索加速度模块;所述的单轴真空吸盘吸附伺 服控制包括吸盘位置模块、吸盘速度模块和吸盘加速度模块。
[0017] 本发明的有益效果是:本发明的双核三轴四轮变结构高速微微鼠探索控制器，提 高了双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，同时提高 了微微鼠的速度和位移的精确性，也保证了微微鼠探索迷宫的准确性。
【附图说明】
[0018] 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为传统二轮驱动微微鼠二维图； 图2为微微鼠32*32迷宫示意图； 图3基于A3906SESTR-T两轴双核微微鼠探索伺服控制系统连接示意图； 图4为三轴四轮变结构微微鼠二维原理图； 图5为基于双核三轴四轮变结构微微鼠原理框图； 图6为基于双核三轴四轮变结构微微鼠探索程序框图； 图7为微微鼠前进示意图； 图8为微微鼠后退示意图； 图9为微微鼠右进意义图； 图10为微微鼠左退不意图； 图11速度-时间运行梯形图。
【具体实施方式】
[0019] 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。
[0020] 如图4所示，本发明实施例包括： 一种双核三轴四轮变结构高速微微鼠探索控制器，包括微微鼠壳体、车轮、第一红外传 感器S1、第二红外传感器S2、第三红外传感器S3、第四红外传感器S4、第五红外传感器S5、第 六红外传感器S6、第一高速直流伺服电机Y、第二高速直流伺服电机X、真空吸附电机M、第一 磁电编码器M1、第二磁电编码器M2以及运动传感器G1，四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S1和第六红外传感器S6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S2和第五红外传感器S5设置 在微微鼠壳体的前端，所述的第三红外传感器S3斜向设置在第一红外传感器S1和第二红外 传感器S2之间，所述的第四红外传感器S4斜向设置在第五红外传感器S5和第六红外传感器 S6之间，所述的第一高速直流伺服电机Y和第二高速直流伺服电机X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Μ设置在第一高速直流伺服 电机Υ和第二高速直流伺服电机X上方的中间位置，所述的第一磁电编码器Ml和第二磁电编 码器M2分别设置在第一高速直流伺服电机Y和第二高速直流伺服电机X的下方，所述的运动 传感器G1设置在真空吸附电机Μ的下方。其中，所述的车轮包括X轮、Y轮、R轮和Z轮。
[0021] 上述中，所述的第三传感器S1和第四传感器S4斜向设置时与Y轴之间的夹角大小 为：:430 <没'<60锋。
[0022] 本实施中，还包括控制板，所述的控制板设置在微微鼠壳体内，所述的控制板采用 双核控制器，包括ARM和FPGA，所述的ARM与FPGA进行通信连接。其中，所述的ARM采用 STM32F405控制器，所述的FPGA采用A3P250控制器。
[0023] 进一步的，所述的第一磁电编码器Ml和第二磁电编码器M2均采用基于磁电传感器 AS5040H的编码器;所述的车轮上均设置有真空吸盘，吸附性能好。
[0024]如图5所示，所述的双核三轴四轮变结构高速微微鼠探索控制器还包括电源装置， 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服电机、第一高速直流伺服电机和真空吸附电机的信号合 成之后再控制微微鼠的运动。其中，所述的电源装置采用锂离子电池。
[0025] STM32F4系列除引脚和软件兼容高性能的F2系列外，F4的主频（168MHz)高于F2系 列（120MHz)，并支持单周期DSP指令和浮点单元、更大的SRAM容量（192 KB，F2为128 KB)、 512KB-1MB的嵌入式闪存以及影像、网络接口和数据加密等更先进的外设。STM32F4系列基 于最新的ARM Cortex M4内核，在现有出色的STM32微控制器产品组合中新增了信号处理 功能，并提高了运行速度;STM32F405X集成了定时器、3个ADC、2个DAC、串行接口、外存接口、 实时时钟、CRC计算单元和模拟真随机数发生器在内的整套先进外设。STM32F405在 STM32F405产品基础上增加了多个先进外设。这些性能使得F4系列可以较容易满足控制和 信号处理功能混合的数字信号控制需求。高效的信号处理功能与C 〇rteX-M4处理器系列的 低能耗、低成本和易于使用的优点的组合，使得其可以为微微鼠多种传感器信号处理提供 了可靠的依据。
[0026] FPGA是英文Field Programmable Gate Array的缩写，即现场可编程门阵列，是在 PAL、GAL、EPLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物。它是作为专用集成电路(ASIC)领 域中的一种半定制电路而出现的，即解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门 电路数有限的缺点。FPGA采用软件化的设计思想实现硬件电路的设计，这样就使得基于 FPGA设计的系统具有良好的可复用和修改性。A3P250是ACTEL公司设计的一种基于非易失 性Flash技术的FPGA器件。器件采用了精细颗粒架构VersaTi le，具有250K系统门结构，采用 了130 nm的工艺技术，内核电压1.5 V，A3P250是反熔丝的，抗辐射、耐高低温、功耗低、速 度快，应用较广，上述特点使得A3P250特别适合用于由于高性能的多轴直流伺服驱动控制， 特别适合应用于本发明中的三轴同步直流伺服控制，直接把STM32F405从复杂的伺服控制 中解脱出来。
[0027] 本发明为了减少双核高速微微鼠探索伺服控制系统的体积，舍弃了传统的两轴直 流伺服电机Η型驱动桥L6207D，而采用体积更小、电压更小的两轴直流伺服电机驱动桥 A3906SESTR-T，A3906SESTR-T是一种单双路直流电机驱动芯片，Α3906旨在用于低电压步 进电动机、单路及双路直流电机的脉宽控制(PWM)，可在各通道输出高达1 A的电流，工作 电压范围为2.5至9 VJ3906SESTR-T内置固定关断时间ΠΜ计时器，根据对芯片外围 采样电阻的选择，设置峰值电流。过流输出标记用于通知控制器电机电流已经达到峰值，可 用于过流保护，上述特点使得A3906SESTR-T特别适合应用于微微鼠的两轴探索伺服控制系 统中，A3906SESTR-T与微微鼠两轴直流伺服电机的连接图如图3所示，其中探索PWM控制输 入信号和探索使能信号来自于伺服控制器，控制器通过调整探索PWM控制输入信号来调整 其探索PWM控制输出信号，继而实现直流伺服电机的四象限运动。
[0028]如图6所示，所述的双核三轴四轮变结构高速微微鼠探索控制器还设置有上位机 程序和运动控制程序，所述的上位机程序包括迷宫探索、迷宫更新、迷宫存储和在线输出， 所述的运动控制程序包括基于ARM+FPGA三轴四轮微微鼠探索伺服控制、坐标定位和I/O控 制。
[0029]其中，所述的基于ARM+FPGA三轴四轮微微鼠探索伺服控制还包括相互连接的基于 变结构两轴四轮微微鼠迷宫探索伺服控制和单轴真空吸盘吸附伺服控制，所述的基于变结 构两轴四轮微微鼠迷宫探索伺服控制包括基于变结构探索位置模块、基于变结构探索速度 模块和基于变结构探索加速度模块;所述的单轴真空吸盘吸附伺服控制包括吸盘位置模 块、吸盘速度模块和吸盘加速度模块。
[0030] 为了提高双核高速微微鼠探索伺服控制系统的稳定性，增加微微鼠与地面的接触 面积，减少微微鼠重心的前移、后移或者是侧移，本发明借助齿轮机械结构实现两轴四轮的 功能，左右每轴电机的转轴上配备一个小的机械齿轮，此齿轮和前后两个轮子的大齿轮机 械连接，其中大齿轮的齿为每周60,小齿轮的齿为每周15,通过这样的机械连接使得每个轮 子都变成了动力轮。
[0031] 为了进一步提高双核高速微微鼠探索伺服系统的稳定性，防止微微鼠在高速探索 时由于地面灰尘较多而导致行走打滑，本发明在微微鼠探索伺服硬件系统中加入了微型直 流电机M，在微微鼠运动过程中，电机Μ通过真空抽吸装置不停抽吸微型真空吸盘内的空气， 使微型真空吸盘的内外压力不一样，产生一定的负压，使其对带有灰尘的迷宫地面产生一 定的吸附力，有效防止了微微鼠在高速迷宫探索时的地面打滑。
[0032] 为了进一步提高双核高速微微鼠在探索迷宫时的稳定性，本发明在微微鼠探索伺 服硬件系统中加入了高性能MEMS运动传感器LY3200ALH，LY3200ALH可以测量出微微鼠的 偏航率，LY3200ALH参数时刻被STM32F405控制器记录并计算，当微微鼠在探索迷宫姿态发 生变化超过设定阀值时，在一个新的采样周期控制器就立即对其位置补偿，避免了微微鼠 远远偏离中心位置现象的发生，提高了其快速探索时的稳定性。
[0033] 为了更好的采集迷宫信息和减少红外传感器占用的面积，本发明采用红外传感器 SFH4350代替了传统使用的0ΡΕ9954Α，红外传感器31、32、33、34、35、36的红外光经侧边挡墙 反馈后会被对应的红外接收器BPW85A接收，然后BPW85A的反馈值经控制器计算后作为当前 位置的反馈，控制器通过这些反馈值调整微微鼠的姿态。
[0034] 在实验中发现，采用四组传感器可以提高传感器的采样频率，有利于提高微微鼠 的速度，但是四组传感器如果补偿做的不好将有可能导致微微鼠求解的是一个错误的迷 宫；如果采用六组传感器探测未知迷宫，求解迷宫一般不会出现错误，但是过多的传感器组 合影响了采样频率，不利于微微鼠速度的提高;为了兼顾不同的国际规则以及迷宫探索的 准确性，本发明自主研发了基于六组传感器自由组合变结构探测迷宫的全新控制模式，所 发明的三轴四轮微微鼠二维结构如图4所示，在图4中，为了更好的探测迷宫，传感器S3和S4 与Υ轴之间的夹角大小为:妨^没乂佛 0，在此区间，传感器配合工作状态最佳。对于探索无 时间要求的国际规则，通过软件开启六组传感器探索模式，传感器S1、S6共同作用判断前方 挡墙，传感器S2，S3判断其左边挡墙的存在，传感器S4，S5判断其右边挡墙的存在，同时S2， S3和S4，S5合作为微微鼠直线运动提供导航依据;对于探索有时间要求的国际规则，通过软 件开启四组传感器模式，传感器S1、S6共同作用判断前方挡墙，传感器S3判断其左边挡墙的 存在，传感器S4判断其右边挡墙的存在，同时S3和S4合作为微微鼠直线运动提供导航依据。 红外传感器S1、S3、S4、S6的红外光经侧边挡墙反馈后会被对应的红外接收器BPW85A接收， 然后BPW85A的反馈值经控制器计算后作为当前位置的反馈，然后控制器通过这些反馈值调 整微微鼠的姿态。
[0035] 为了减少光电编码器占用的体积，并减少灰尘对光电编码器的影响，本发明采用 基于磁电传感器AS5040H的编码器M1、M2替代了传统的光电编码器C1和C2,此传感器可以有 效测量出两轴直流伺服电机运动时的速度和位移，为微微鼠高速探索三闭环伺服控制提供 了可靠依据。
[0036] 本发明为克服单核控制器不能满足微微鼠高速探索时稳定性和快速性的要求，舍 弃了国产微电脑鼠所采用的单核工作模式，在吸收国外先进控制思想的前提下，自主研发 了基于ARM(STM32F405)+FPGA(A3P250)的全新双核三轴四轮变结构微微鼠探索伺服控制 器。其原理如图5所示：控制板以FPGA(A3P250)为处理核心来产生三轴伺服系统PWM波， STM32F405把外界环境转化后向A3P250发送位置、速度、加速度等指令值，A3P250再结合磁 电编码器Ml和M2的反馈生成两轴探索伺服控制系统的PWM波，经驱动桥A3906SESTR-T放大 后驱动微微鼠高速前进。STM32F405从复杂的工作当中解脱出来，实现部分的信号处理算法 和A3P250的响应中断，实现数据通信和存储实时信号。
[0037]本发明采取以下技术方案，为了提高运算速度，保证三轴四轮变结构带真空吸附 微微鼠伺服系统的稳定性和可靠性，本发明在基于STM32F405的控制器中引入A3P250,形成 基于STM32F405+A3P250的双核探索控制器，此控制器充分考虑电池在这个系统的作用，把 控制系统中工作量最大的三轴伺服系统(两轴微微鼠行走伺服系统+单轴真空抽吸电机伺 服控制）交给A3P250处理，充分发挥A3P250作为处理数据速度快的特点，而人机界面、迷宫 探索、迷宫更新、迷宫存储、在线输出等控制功能交给STM32F405完成，这样就实现了 STM32F405与A3P250的分工，同时二者之间也可以进行通讯，实时进行数据交换和调用。 [0038]对于本文设计的双核控制器，在电源打开状态下，微微鼠先进入自锁状态。一旦探 索启动键开启后，微微鼠根据软件设置开启六组传感器探索模式或者是四组传感器探索模 式，微微鼠依靠前方、左右侧面蔽障红外传感器31、32、33、34、35、36(或31、33、34、36)实时 探测实际导航环境，并通过红外接收器BPW85A传输参数给STM32F405，STM32F405把这些环 境参数转化为微微鼠运动的位置、速度和加速度参数指令值，然后与A3P250通讯，A3P250结 合外部磁电编码器Ml和M2的反馈信息生成两轴直流电机伺服系统的PWM波形和控制方向信 号，然后STM32F405调整A3906SESTR-T的输入信号，A3906SESTR-T改变其输出管脚状态完成 伺服电机X和电机Y的伺服控制，电机运行状态经磁电电编码器Ml和M2反馈给STM32F405，由 STM32F405处理后再次调整A3906SESTR-T的管脚输出状态，驱动电机X、电机Y向前运动，在 运动过程中，A3P250实时对微微鼠行走速度、地面等状况进行检测，并通过调节电机Μ的伺 服控制来有效调节真空吸盘对地面的吸附力，增加了微微鼠高速探索时的稳定性。
[0039]参照图6,具体实施步骤是： 把微微鼠控制系统分为两部分:上位机系统和运动控制系统。其中上位机系统完成迷 宫探索、坐标定位、在线输出等功能;运动控制系统完成微微鼠系统的三轴伺服控制、数据 存储、I/O控制等功能，其中工作量最大的三轴直流电机伺服系统交给A3P250处理，其余的 包括上位机系统的完成交给STM32F405完成，这样就实现了 STM32F405与A3P250的分工，同 时二者之间也可以进行通讯，实时进行数据交换和调用。
[0040] 参照图4、图5、图6,图7、图8、图9、图10和图11，其具体的功能实现如下： 1) 打开电源开关，STM32F405会对电源电路、传感器电路、时钟电路等进行检测，确定系 统硬件无异样后，A3P250首先根据加速需要开启真空抽吸电机M，通过抽吸装置先对微型真 空吸盘抽吸，使真空吸盘对地面具有一定的吸附力，控制器并实时检测，如果地面不干净， 系统会自动调节电机Μ加大真空吸盘对地面的吸附力;微微鼠未接到探索命令之前，它一般 会在起点坐标(〇,〇)等待STM32F405发出的探索命令，一旦启动开关启动后，微微鼠会沿着 起点开始向终点〇(1，丫1)、〇(2，￥2)、（父3，￥3)、（父4，￥4)探索，其中（父1，￥1)、（父2，丫2)、（父3， Υ3)、（Χ4，Υ4)的值为任意，一般情况下Χ1=Χ2=Χ3=Χ4，Υ1=Υ2=Υ3=Υ4,即探测的是迷宫中的任 意一个迷宫格(XI，Π ); 2) 微微鼠放在起点坐标(0,0)，接到探索命令后其前方的传感器S1、S6和会对前方的环 境进行判断，确定有没有挡墙进入运动范围，如存在挡墙将向STM32F405和A3P250发出中断 请求，STM32F405和A3P250会对中断做第一时间响应，然后STM32F405禁止A3P250工作， A3P250封锁微微鼠的电机X、电机Y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； 3) 如果一切正常，在微电脑探索启动瞬间，传感器5142、53、54、55、56(六个独立的红 外发射管SFH4350发出的红外光经接收器BPW85A接受后转化为周围迷宫的信息）判断周围 的环境并送给STM32F405，STM32F405把这些环境参数转化为微微鼠前后左右四轮要运行的 位置、速度和加速度指令值，然后STM32F405与A3P250通讯，由A3P250根据这些参数再结合 磁电编码器Ml和M2的反馈生成驱动两轴直流伺服电机X和电机Y的PWM波控制器信号;PWM波 经驱动桥A3906SESTR-T放大后驱动电机X、电机Y向前行驶，直至完成加速过程直到达到探 索设定速度，在加速探索行走过程中，A3P250控制器实时对微微鼠行走速度、地面等状况进 行检测，并通过调节电机Μ的伺服控制来有效调节真空吸盘对地面的吸附，并把处理数据通 讯给STM32F405,由STM32F405继续处理后续的运行状态，然后根据探索速度确定是否要禁 止电机Μ的伺服调节； 4) 在微微鼠沿着Υ轴向前运动，在任何一个方格的中心如果确定没有挡墙进入前方的 运动范围，则微微鼠将存储其坐标(Χ，Υ)，并把向前运动一格的位置参数传输给STM32F405， 根据探索控制器速度和加速度的要求，由STM32F405内部三闭环伺服系统程序生成两轴直 流伺服电机X和Υ的运动指令给定值，然后STM32F405与Α3Ρ250通讯并传输数据，Α3Ρ250再结 合磁电编码器Ml和M2的反馈生成驱动直流伺服电机X和Υ运动的PWM波，Α3Ρ250与 A3906SESTR-T通讯并调整A3906SESTR-T的输入信号INI，IN2, IN3和IN4,输入信号通过驱动 桥A3906SESTR-T放大后推动微微鼠向前运动；在微微鼠向前运动过程中，磁电传感器Ml和 M2时刻反馈电机X和电机Y运行的速度和位移，并传输给A3P250;在微微鼠沿着当前迷宫格 向前探索过程中，A3P250实时对微微鼠行走速度、地面等状况进行检测，并通过调节电机Μ 的伺服控制来有效调节真空吸盘对地面的吸附，传感器S2、S3和S4、S5会对左右的迷宫挡墙 进行判断，STM32F405记录储存当前迷宫挡墙信息，微微鼠根据左右挡墙的迷宫信息确定其 进入单墙导航模式、双墙导航模式或者是惯性导航模式;然后传感器G1(LY3200ALH)实时检 测微微鼠探索时的瞬时旋转速度，当微微鼠高速探索脱离了设定中心位置时，A3P250根据 离开中心位置的偏差大小借助传感器G1(LY3200ALH)开始进行实时补偿，微调电机的PWM波 输入，A3P250 与 A3906SESTR-T 通讯并微调 A3906SESTR-T 的输入信号 IN1，IN2，IN3 和 IN4,输 入信号通过驱动桥A3906SESTR-T放大后推动微微鼠向前运动，通过此方式可以精确调整微 微鼠在直道的位置和姿态，使其重新回到设定中心位置;如果在探索运动过程中，微微鼠出 现驱动轮失速或者是灰尘较多的状况时，A3P250立刻二次调节电机Μ的伺服控制来有效调 节真空吸盘对地面的吸附力，STM32F405把剩余的距离转化为新的参考指令值传输给 Α3Ρ250，Α3Ρ250根据这些参数再结合磁电编码器的反馈生成驱动电机X、电机Υ新PWM驱动信 号，Α3Ρ250 与 A3906SESTR-T 通讯并微调 A3906SESTR-T 的输入信号 ΙΝ1，ΙΝ2，ΙΝ3 和 ΙΝ4,输入 信号通过驱动桥A3906SESTR-T放大后推动微微鼠向前运动，微微鼠在三轴四轮驱动状态下 依旧按照原有的导航模式前进；当微微鼠在双核控制器控制下运动一格距离到达新地址 时，将更新其坐标为(Χ，Υ+1)，在Y+1〈1F的前提下，判断其坐标是不是(Χ1，Υ1)，如果不是将 继续更新其坐标，如果是则通知控制器已经搜索到目标，然后置返航探索标志为1，微微鼠 准备返程探索； 5)在微微鼠沿着Υ轴向前运动过程中如果有迷宫挡墙进入前方的运动范围，并且此时 左右的传感器S3、S4(或S2、S3、S4、S5 )判断左右都有挡墙时，微微鼠将存储此时坐标(X，Υ)， 根据传感器S1和S6的反馈STM32F405计算出向前运动停车的位置参数Sl，STM32F405把此 参数按照时间要求转化为位置参数、速度参数以及加速度参数传输给Α3Ρ250，Α3Ρ250根据 这些参数再结合磁电编码器Ml和M2的反馈生成驱动电机X和电机Υ的Ρ丽控制信号，Α3Ρ250 与A3906SESTR-T通讯并调整A3906SESTR-T的输入信号IN1，IN2，IN3和IN4,输入信号通过驱 动桥A3906SESTR-T放大后推动微微鼠向前停车，同时A3P250通过调整电机Μ的伺服控制来 加大对地面的摩擦，防止微微鼠因为探索速度过高而撞到前方的迷宫挡墙;在微微鼠向前 停车过程中，传感器S3、S4(或52、53、54、55)实时对左右的挡墙进行判断，并反馈当前迷宫 挡墙信息，微微鼠进入双墙导航模式，微微鼠实现在设置停车点停车；然后A3P250调整 A3906SESTR-T的输入信号INI，IN2，IN3和IN4，输入信号通过驱动桥A3906SESTR-T放大后使 得电机X和电机Y运动方向相反，微微鼠原地调转180度，然后准备沿着Y轴反向运动； 在微微鼠沿着Y轴反向向前运动，在任何一个方格的中心如果确定没有挡墙进入前方 的运动范围，则微微鼠将存储其坐标（X，Y)，并把向前运动一格的位置参数传输给 STM32F405,根据探索控制器速度和加速度的要求，由STM32F405内部三闭环伺服系统程序 生成两轴直流伺服电机X和Υ的运动指令给定值，然后STM32F405与Α3Ρ250通讯并传输数据， Α3Ρ250再结合磁电编码器Ml和M2的反馈生成驱动直流伺服电机X和Υ运动的PWM波，Α3Ρ250 与A3906SESTR-T通讯并调整A3906SESTR-T的输入信号IN1，IN2，IN3和IN4,输入信号通过驱 动桥A3906SESTR-T放大后推动微微鼠向前运动;在微微鼠向前运动过程中，磁电传感器Ml 和M2时刻反馈电机X和电机Y运行的速度和位移，并传输给A3P250;在微微鼠沿着当前迷宫 格向前探索过程中，A3P250实时对微微鼠行走速度、地面等状况进行检测，并通过调节电机 Μ的伺服控制来有效调节真空吸盘对地面的吸附，传感器S2、S3和S4、S5会对左右的迷宫挡 墙进行判断，STM32F405记录储存当前迷宫挡墙信息，微微鼠根据左右挡墙的迷宫信息确定 其进入单墙导航模式、双墙导航模式或者是惯性导航模式;然后传感器G1(LY3200ALH)实时 检测微微鼠探索时的瞬时旋转速度，当微微鼠快速探索脱离了设定中心位置时，A3P250根 据离开中心位置的偏差大小借助传感器G1(LY3200ALH)开始进行实时补偿并微调电机的 波输入，A3P250与A3906SESTR-T通讯并微调A3906SESTR-T的输入信号INI，IN2，IN3和 ΙΝ4，输入信号通过驱动桥A3906SESTR-T放大后推动微微鼠向前运动，通过此方式可以精确 调整微微鼠在直道的位置和姿态，使其重新回到设定中心位置;如果在探索运动过程中，微 微鼠出现驱动轮失速或者是灰尘较多的状况时，Α3Ρ250立刻二次调节电机Μ的伺服控制来 有效调节真空吸盘对地面的吸附力，STM32F405把剩余的距离转化为新的参考指令值传输 给Α3Ρ250，Α3Ρ250根据这些参数再结合磁电编码器Ml和M2的反馈生成驱动电机X、电机Υ新 PWM驱动信号，A3P250与A3906SESTR-T通讯并微调A3906SESTR-T的输入信号INI，IN2，IN3和 IN4，输入信号通过驱动桥A3906SESTR-T放大后推动微微鼠向前运动，微微鼠在三轴四轮驱 动状态下依旧按照原有的导航模式前进;当微微鼠在双核控制器控制下运动一格距离到达 新地址时，将更新其坐标为(X，Y-1)，在Y-1〈1F的前提下，判断其坐标是不是(X1，Y1)，如果 不是将继续更新其坐标，如果是则通知控制器已经搜索到目标，然后置返航探索标志为1， 微微鼠准备返程探索； 6)在微微鼠沿着Υ轴向前运动过程中如果有迷宫挡墙进入前方的运动范围，并且此时 左右的传感器S3、S4(或S2、S3、S4、S5)判断左有挡墙时，微微鼠将存储此时坐标(X，Υ)，根据 传感器S1和S6的反馈STM32F405计算出向前运动停车的位置参数S2，STM32F405把此参数 按照时间要求转化为位置参数、速度参数以及加速度参数传输给A3P250，A3P250根据这些 参数再结合磁电编码器Ml和M2的反馈生成驱动电机X和电机Y的PWM控制信号，A3P250与 A3906SESTR-T通讯并调整A3906SESTR-T的输入信号INI，IN2, IN3和IN4,输入信号通过驱动 桥A3906SESTR-T放大后推动微微鼠向前停车，同时A3P250通过调整电机Μ的伺服控制来加 大对地面的摩擦，防止微微鼠因为探索速度过高而撞到前方的迷宫挡墙;在微微鼠向前停 车过程中，传感器S3(或S2、S3)实时对左挡墙进行判断，并反馈当前迷宫挡墙信息，微微鼠 进入单左墙导航模式，微微鼠实现在设置停车点停车;然后A3P250调整A3906SESTR-T的输 入信号IN1，IN2，IN3和IN4,输入信号通过驱动桥A3906SESTR-T放大后使得电机X和电机Y运 动方向相反，微微鼠原地向右调转90度，然后准备沿着X轴正向运动； 在微微鼠沿着X轴向前运动，在任何一个方格的中心如果确定没有挡墙进入前方的运 动范围，则微微鼠将存储其坐标(X，Y)，并把向前运动一格的位置参数传输给STM32F405,根 据探索控制器速度和加速度的要求，由STM32F405内部三闭环伺服系统程序生成两轴直流 伺服电机X和Υ的运动指令给定值，然后STM32F405与Α3Ρ250通讯并传输数据，Α3Ρ250再结合 磁电编码器Ml和M2的反馈生成驱动直流伺服电机X和Υ运动的PWM波，Α3Ρ250与A3906SESTR-T通讯并调整A3906SESTR-T的输入信号INI，IN2，IN3和IN4,输入信号通过驱动桥 A3906SESTR-T放大后推动微微鼠向前运动;在微微鼠向前运动过程中，磁电传感器Ml和M2 时刻反馈电机X和电机Y运行的速度和位移，并传输给A3P250;在微微鼠沿着当前迷宫格向 前探索过程中，A3P250实时对微微鼠行走速度、地面等状况进行检测，并通过调节电机Μ的 伺服控制来有效调节真空吸盘对地面的吸附，传感器S2、S3和S4、S5会对左右的迷宫挡墙进 行判断，STM32F405记录储存当前迷宫挡墙信息，微微鼠根据左右挡墙的迷宫信息确定其进 入单墙导航模式、双墙导航模式或者是惯性导航模式;然后传感器G1(LY3200ALH)实时检测 微微鼠探索时的瞬时旋转速度，当微微鼠快速探索脱离了设定中心位置时，A3P250根据离 开中心位置的偏差大小借助传感器G1 (LY3200ALH)开始进行实时补偿，微调电机的PWM波输 入，A3P250 与 A3906SESTR-T 通讯并微调 A3906SESTR-T 的输入信号 IN1，IN2，IN3 和 IN4,输入 信号通过驱动桥A3906SESTR-T放大后推动微微鼠向前运动，通过此方式可以精确调整微微 鼠在直道的位置和姿态，使其重新回到设定中心位置;如果在探索运动过程中，微微鼠出现 驱动轮失速或者是灰尘较多的状况时，A3P250立刻二次调节电机Μ的伺服控制来有效调节 真空吸盘对地面的吸附力，S Τ Μ 3 2 F 4 0 5把剩余的距离转化为新的参考指令值传输给 Α3Ρ250，Α3Ρ250根据这些参数再结合磁电编码器Ml和M2的反馈生成驱动电机X、电机Υ新PWM 驱动信号，A3P250与A3906SESTR-T通讯并微调A3906SESTR-T的输入信号INI，IN2，IN3和 IN4，输入信号通过驱动桥A3906SESTR-T放大后推动微微鼠向前运动，微微鼠在三轴四轮驱 动状态下依旧按照原有的导航模式前进;当微微鼠在双核控制器控制下运动一格距离到达 新地址时，将更新其坐标为(X+l，Y)，在X+1〈1F的前提下，判断其坐标是不是(XI，Y1)，如果 不是将继续更新其坐标，如果是则通知控制器已经搜索到目标，然后置返航探索标志为1， 微微鼠准备返程探索； 7)在微微鼠沿着Y轴向前运动过程中如果有迷宫挡墙进入前方的运动范围，并且此时 左右的传感器S3、S4(或S2、S3、S4、S5)判断右有挡墙时，微微鼠将存储此时坐标(X，Y)，根据 传感器S1和S6的反馈STM32F405计算出向前运动停车的位置参数S3，STM32F405把此参数 按照时间要求转化为位置参数、速度参数以及加速度参数传输给A3P250，A3P250根据这些 参数再结合磁电编码器的反馈生成驱动电机X和电机Y的PWM控制信号，A3P250与 A3906SESTR-T通讯并调整A3906SESTR-T的输入信号INI，IN2, IN3和IN4,输入信号通过驱动 桥A3906SESTR-T放大后推动微微鼠向前停车，同时A3P250通过调整电机Μ的伺服控制来加 大对地面的摩擦，防止微微鼠因为探索速度过快而撞到前方的迷宫挡墙;在微微鼠向前停 车过程中，传感器S4(或S4、S5)实时对右挡墙进行判断，并反馈当前迷宫挡墙信息，微微鼠 进入单右墙导航模式，微微鼠实现在设置停车点停车;然后A3P250调整A3906SESTR-T的输 入信号IN1，IN2，IN3和IN4,输入信号通过驱动桥A3906SESTR-T放大后使得电机X和电机Y运 动方向相反，微微鼠原地向左调转90度，然后准备沿着X轴反向运动； 在微微鼠沿着X轴反向向前运动，在任何一个方格的中心如果确定没有挡墙进入前方 的运动范围，则微微鼠将存储其坐标（X，Y)，并把向前运动一格的位置参数传输给 STM32F405,根据探索控制器速度和加速度的要求，由STM32F405内部三闭环伺服系统程序 生成两轴直流伺服电机X和Υ的运动指令给定值，然后STM32F405与Α3Ρ250通讯并传输数据， Α3Ρ250再结合磁电编码器的反馈生成驱动直流伺服电机X和Υ运动的PWM波，Α3Ρ250与 A3906SESTR-T通讯并调整A3906SESTR-T的输入信号INI，ΙΝ2, ΙΝ3和ΙΝ4,输入信号通过驱动 桥A3906SESTR-T放大后推动微微鼠向前运动；在微微鼠向前运动过程中，磁电传感器Ml和 M2时刻反馈电机X和电机Y运行的速度和位移，并传输给A3P250;在微微鼠沿着当前迷宫格 向前探索过程中，A3P250实时对微微鼠行走速度、地面等状况进行检测，并通过调节电机Μ 的伺服控制来有效调节真空吸盘对地面的吸附，传感器S2、S3和S4、S5会对左右的迷宫挡墙 进行判断，并记录储存当前迷宫挡墙信息，微微鼠根据左右挡墙的迷宫信息确定其进入单 墙导航模式、双墙导航模式或者是惯性导航模式;然后传感器G1(LY3200ALH)实时检测微微 鼠探索时的瞬时旋转速度，当微微鼠快速探索脱离了设定中心位置时，A3P250根据离开中 心位置的偏差大小借助传感器G1 (LY3200ALH)开始进行实时补偿，微调电机的PWM波输入， A3P250与A3906SESTR-T通讯并微调A3906SESTR-T的输入信号IN1，IN2，IN3和IN4,输入信号 通过驱动桥A3906SESTR-T放大后推动微微鼠向前运动，通过此方式可以精确调整微微鼠在 直道的位置和姿态，使其重新回到设定中心位置;如果在探索运动过程中，微微鼠出现驱动 轮失速或者是灰尘较多的状况时，A3P250立刻二次调节电机Μ的伺服控制来有效调节真空 吸盘对地面的吸附力，STM32F405把剩余的距离转化为新的参考指令值传输给Α3Ρ250， Α3Ρ250根据这些参数再结合磁电编码器的反馈生成驱动电机X、电机Υ新PWM驱动信号， Α3Ρ250与A3906SESTR-T通讯并微调A3906SESTR-T的输入信号ΙΝ1，ΙΝ2，ΙΝ3和ΙΝ4,输入信号 通过驱动桥A3906SESTR-T放大后推动微微鼠向前运动，微微鼠在三轴四轮驱动状态下依旧 按照原有的导航模式前进；当微微鼠在双核控制器控制下运动一格距离到达新地址时，将 更新其坐标为(X-l，Υ)，在0〈X-1〈1F的前提下，判断其坐标是不是(XI，Υ1)，如果不是将继续 更新其坐标，如果是则通知控制器已经搜索到目标，然后置返航探索标志为1，微微鼠准备 返程探索； 8) 当微微鼠到达(XI，Υ1)准备返程探索时，控制器会调出其已经存储的迷宫，然后根据 快速迷宫算法计算出可能存在的最佳路径，返程开始进入其中认为最优的一条； 9) 在微微鼠进入迷宫正常返航运行时，并其导航的传感器S1、S2、S3、S4、S5、S6(SS1、 S3、S4、S6)将工作，反射回来的光电信号经BPW85A吸收后传送参数给STM32F405,经 STM32F405处理后与A3P250通讯，由A3P250生成驱动两轴电机的PWM信号，然后A3P250调整 A3906SESTR-T的输入信号，A3906SESTR-T驱动导航电机X、电机Y:如果进入已经搜索的区域 将进行快速前进，如果是未知返回区域则采用正常速度搜索，控制器会实时检测电机X、电 机Y磁电编码器的数值，并根据其速度大小自动调节电机Μ加大或者减少真空吸盘对地面的 吸附力，并时刻更新其坐标(Χ，Υ)，并判断其坐标是不是(〇,〇)，如果是的话置返航探索标志 为0,微微鼠进入冲刺阶段，并置冲刺标志为1; 10) 为了能够实现微微鼠在探索时准确的坐标计算，微微鼠左右的传感器S3(或S2、S3) 和S4(或S4、S5)会时刻对周围的迷宫挡墙和柱子进行探测，如果S3(或S2、S3)或者S4(或S4、 S5)发现传感器信号发生了较大数值的跃变，则说明微微鼠进入了从有迷宫挡墙到无迷宫 挡墙(或者是从无迷宫挡墙到有迷宫挡墙)状态的变化，STM32F405会根据微微鼠当前运行 状态结合磁电编码器Ml和M2的反馈由A3P250进行精确补偿，彻底消除微微鼠在复杂迷宫中 探索时已经累计的误差； 11) 如果微微鼠在探索过程中遇到因机械结构造成的轮子失速或者是读错迷宫信息 时，有时会出现撞墙的现象，此时电机的电流将增大，当A3906SESTR-T的电流预设值超过设 定值时，此时STM32F405会立即控制A3P250停止工作，不仅减少有效地解决了堵转问题，而 且也减少了对系统硬件的破坏； 12) 微微鼠在运行过程会时刻检测电池电压，当系统出现低压时，传感器VI将开启并发 出报警提示，有效地保护了锂离子电池； 13) 在微微鼠运行过程中，A3P250会对电机的转矩进行在线辨识，当电机的转矩受到外 界干扰出现较大抖动时，控制器会利用电机力矩与电流的关系进行时候补偿，减少了电机 转矩抖动对微微鼠快速探索的影响，保证了探索时迷宫的准确性； 14) 当微电脑完成整个探索过程回到起始点（0,0)，3了132?405将响应六3?250的中断响 应控制两轴电机X和Y同时减速使微电脑中心点停车，然后重新调整A3P250的PWM波输出，然 后A3P250调整A3906SESTR-T的输入信号，A3906SESTR-T驱动导航电机X、电机Y以相反的方 向运动，微微鼠原地旋转180度，然后停车1秒;STM32F405调取迷宫信息，然后根据改进洪水 算法求解出最佳路径，然后置冲刺标志为1，系统进入高速冲刺阶段。
[0041 ]本发明具有的有益效果是： 1:本发明中的电阻和电容均采用0402封装替代了原有的0603封装，可以更好的缩小微 微鼠的体积，有利于微微鼠的微型化发展； 2:本发明STM32F405采用BGA封装替代了原有的LQFP176封装，使得芯片占有的体积更 小，有利于微微鼠体积的缩小，且BGA封装更利于微微鼠高速探索时芯片的散热； 3:为了充分提高双核微微鼠探索伺服控制系统的稳定性，并兼顾两轮驱动的优点，本 发明舍弃了原有的多动力实时四驱结构，通过齿轮机械结构实现两轴四轮功能，既减少了 微微鼠控制器驱动动力电机的数目，又通过齿轮实现了多轮的功能，有效提高了微微鼠的 探索行驶能力； 4:由于STM32F405集成了新的DSP和FPU指令，168MHz的高速处理性能提高了数字信号 控制器的执行速度和代码效率，使得控制器处理传感器信号实时性能增加； 5:根据需要实现吸附功能;在微微鼠高速探索过程中，一旦遇到路面灰尘较多或加速 状况时，A3P250会根据两轴电机X和Y的磁电编码器Ml和M2的反馈立即开启吸附电机Μ的伺 服控制，微微鼠系统自然切换到三轴四轮驱动状态，增强了微微鼠的附着力和操控性； 6:由于采用两轴四轮驱动结构，增加了微微鼠与地面的接触面积，减少了两轮微微鼠 由于机械结构造成的失速问题的发生，使得微微鼠具有更好的高速探索行走功能； 7:在此微微鼠探索伺服系统中引入了高性能MEMS运动传感器LY3200ALH，实现了微微 鼠在迷宫探索时的瞬时旋转速度的检测，并利用反馈实现全程导航的实时校正，有利于提 高微微鼠高速探索的稳定性和动态性能； 8:高速微微鼠转向时，为了保证旋转的稳定性和准确性，通过传感器G1 (LY3200ALH)的 实时反馈，基于Α3Ρ250的探索伺服控制器对微微鼠的转弯实时校正，提高了迷宫信息探索 的正确性； 9:由FPGA(A3P250)输出PWM调制信号和方向信号，通过驱动电路可以直接驱动三轴直 流伺服电机，不仅减轻了 STM32F405的负担，简化了接口电路，而且省去了 STM32F405内部编 写位置、速度控制程序，以及各种PID算法的麻烦，使得系统的调试简单； 10:根据国际规则的不同，控制器通过软件可以实现四组传感器和六组传感器的变结 构切换，提高了微微鼠求解迷宫的技术，有利于提高系统的运算速度； 11:由于采用磁电编码器技术替代了传统的光电编码器技术，使得微微鼠的体积可以 更小，有利于微微鼠微型化的发展； 12:由于采用磁电编码器替代了传统的光电编码器，使得灰尘对编码器的数据采集影 响大大降低，提高了微微鼠高速行走速度和位移的精确性，也保证了微微鼠求解迷宫的准 确性； 13:由于本控制器采用FPGA(A3P250)处理微微鼠高速探索时的各种算法，有效地防止 了程序的"跑飞"，抗干扰能力大大增强； 14:在微微鼠高速探索过程中，FPGA(A3P250)会对高速直流伺服电机X、电机Y和电机Μ 的转矩进行在线辨识并利用电机力矩与电流的关系进行补偿，减少了电机转矩抖动对微微 鼠尚速探索的影响； 15:通过调节电机Μ可以有效调节真空吸盘对地面的吸附力，消除了微微鼠在高速探索 时打滑现象的发生； 16:由于具有存储功能，微微鼠可以非常简单的存储探索好的迷宫信息，使二次探索的 时间和路径大大降低； 17:在微微鼠高速探索过程中，FPGA(A3P250)可以根据实际周围迷宫情况调整控制器 内部的PID参数，轻松实现分段P、PD、PID控制和非线性PID控制，使系统具有一定的自适应 能力； 18:在微微鼠高速探索过程中，充分考虑了电池在这个系统中的作用，基于STM32F405+ FPGA(A3P250)控制器时刻都在对微微鼠的运行状态进行监测和运算，避免了大电流的产 生，所以从根本上解决了大电流对锂离子电池的冲击，避免了由于大电流放电而引起的锂 离子电池过度老化现象的发生； 19:驱动桥A3906SESTR-T的电流采集功能可以很好的解决微微鼠在高速探索过程中遇 到撞墙等情况发生的电机堵转，当输出超出设定值时，A3906SESTR-T的电流采集电路立即 工作，直流伺服电机X、直流伺服电机Y的驱动信号被拉低，从而有效地解决了堵转问题。 [0042]综上所述，本发明的双核三轴四轮变结构高速微微鼠探索控制器，提高了双核微 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，同时提高了微微鼠 的速度和位移的精确性，也保证了微微鼠探索迷宫的准确性。
[0043]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。
【主权项】
1. 一种双核Ξ轴四轮变结构高速微微鼠探索控制器，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Ξ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W及运动传感器，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Ξ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，所述的运动传感器设置在真空吸附电机的下方，其中， 所述的第Ξ传感器和第四传感器斜向设置时与Υ轴之间的夹角大小为:43" <好<货沪，还包 括控制板，所述的控制板设置在微微鼠壳体内，所述的控制板采用双核控制器，包括ARM和 FPGA，所述的ARM与FPGA进行通信连接。2. 根据权利要求1所述的双核Ξ轴四轮变结构高速微微鼠探索控制器，其特征在于，所 述的ARM采用STM32F405控制器，所述的FPGA采用A3P250控制器。3. 根据权利要求1所述的双核Ξ轴四轮变结构高速微微鼠探索控制器，其特征在于，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。4. 根据权利要求1所述的双核Ξ轴四轮变结构高速微微鼠探索控制器，其特征在于，所 述的车轮上均设置有真空吸盘。5. 根据权利要求1所述的双核Ξ轴四轮变结构高速微微鼠探索控制器，其特征在于，所 述的双核Ξ轴四轮变结构高速微微鼠探索控制器还包括电源装置，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Ξ 控制信号，由所述的第一控制信号、第二控制信号和第Ξ控制信号分别控制所述的第二高 速直流伺服电机、第一高速直流伺服电机和真空吸附电机的信号合成之后再控制微微鼠的 运动。6. 根据权利要求4所述的双核Ξ轴四轮变结构高速微微鼠探索控制器，其特征在于，所 述的电源装置采用裡离子电池。7. 根据权利要求1所述的双核Ξ轴四轮变结构高速微微鼠探索控制器，其特征在于，所 述的双核Ξ轴四轮变结构高速微微鼠探索控制器还设置有上位机程序和运动控制程序，所 述的上位机程序包括迷宫探索、迷宫更新、迷宫存储和在线输出，所述的运动控制程序包括 基于ARM+FPGA^轴四轮微微鼠探索伺服控制、坐标定位和I/O控制。8. 根据权利要求7所述的双核Ξ轴四轮变结构高速微微鼠探索控制器，其特征在于，所 述的基于ARM+FPGAS轴四轮微微鼠探索伺服控制还包括相互连接的基于变结构两轴四轮 微微鼠迷宫探索伺服控制和单轴真空吸盘吸附伺服控制，所述的基于变结构两轴四轮微微 鼠迷宫探索伺服控制包括基于变结构探索位置模块、基于变结构探索速度模块和基于变结 构探索加速度模块;所述的单轴真空吸盘吸附伺服控制包括吸盘位置模块、吸盘速度模块 和吸盘加速度模块。
【文档编号】G05D1/02GK105974923SQ201610506491
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2016年7月1日
【发明人】张好明, 陈阳
【申请人】江苏若博机器人科技有限公司