自主发明了基于STM32F407的全新单轮驱动控制模式。控制板以STM32F407为处理核心，实现单轴直流无刷电机和四轴直流电机的五轴伺服控制的数字信号实时处理，并响应各种中断，实现数据信号的实时存储。
[0078]为达上述目的，本发明采取以下技术方案，为了提高灭火机器人搜寻速度，保证灭火机器人系统的稳定性和可靠性，本发明在基于STM32F407的控制器中引入真空吸附技术，同时引入单轮驱动技术使得灭火机器人的速度和运动方向实现解耦，并引入速度、加速度计传感器进行二次姿态校正。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五轴伺服系统交给STM32F407处理，充分发挥STM32F407数据处理速度相对较快的特点，从而快速实现灭火机器人人机界面、房间读取、房间存储、坐标定位、I/O控制、火源发现及灭火等功能。
[0079]本发明的有益效果是: 1、在运动过程中，充分考虑了电池在这个系统中的作用，基于STM32F407控制器时刻都在对灭火机器人的运行状态进行监测和运算，并且在电池提供电源的过程中，电流传感器C1~C5时刻对电池的电流进行观测并送给控制器进行保护，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。
[0080]2、用直流无刷电机替代了步进电机，使得电机无机械摩擦，无磨损，无电火花，且免维护，而且直流无刷电机的效率高，功率和转矩密度高，使得系统的效率更高。
[0081]3:由STM32F407处理灭火机器人的单轴直流无刷电机X、负责行走方向的直流电机Y、单轴吸附控制直流电机M、灭火器升降电机E、角度对准校正直流电机F的伺服控制，使得控制比较简单，大大提高了运算速度，解决了单片机软件运行较慢的瓶颈，缩短了开发周期短，并且程序可移植能力强。
[0082]4:本发明基本实现全贴片元器件材料，实现了单板控制，不仅节省了控制板占用空间，而且有利于灭火机器人体积和重量的减轻。
[0083]5:由于采用直流无刷电机，使得调速范围比较宽，调速比较平稳。
[0084]6:由于本控制器采用STM32F407处理五轴伺服大量的数据与算法，有效地防止了程序的“跑飞”，抗干扰能力大大增强。
[0085]7:在灭火机器人实际运动过程中，STM32F407可以根据机器人外围运行情况适时调整内部三闭环伺服控制的PID参数，实现分段P、H)、PID控制和非线性PID控制，使系统满足中低速运行时速度的切换。
[0086]8、在此灭火机器人系统引入了三轴加速度计Al，通过积分和二次积分可以近似得到灭火机器人的角速度和角度信息，实现了灭火机器人在房间探索时的瞬时加速度、速度的间接检测，并利用反馈实现全程导航和二次补偿，有利于提高灭火机器人的稳定性和动态性能。
[0087]9:在灭火机器人运行过程中，STM32F407会对高速直流无刷电机X、直流电机Y、直流电机M、直流电机E、直流电机F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灭火机器人快速探寻火源的影响。
[0088]10:通过调节直流电机M可以有效调节真空吸盘对地面的吸附力，消除了灭火机器人在高速探寻火源时打滑现象的发生。
[0089]11:由于只有一个动力驱动轮，使得电机与两个从动轮永远在一个平面上，使得灭火机器人永远不会因为驱动问题而失控；
12:由于采用速度大小和方向的独立控制，使得控制灭火机器人运行方向的电机功率大大减少，这样有利于减少能量的消耗。
[0090]13:由于采用的是速度大小和方向的独立控制，使得灭火机器人更容易实现反向倒车，在实际结构中只要加多一套方向判别传感器，就可以实现灭火机器人的倒车功能，而不需要旋转180度，减少了场地对此灭火机器人的影响。
[0091]14:图像采集的加入可以有效捕捉火源，减少外界干扰对机器人的误操作。
[0092]15:通过调整电机F的伺服控制可以使机器人携带的灭火器和图像采集系统与火源处于一条直线上，可以有效熄灭火源，舍弃了原有通过旋转灭火机器人而复杂的伺服操作。
[0093]16:通过调整电机E的伺服控制可以调整灭火器的高度，使得灭火器喷嘴与火源中心高度一致，有利于有效扑灭火源。
[0094]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】
1.一种单轮全自动中低速灭火机器人伺服控制系统，其特征在于，包括:若干判断环境并发送环境信号的超声波传感器、微控制器STM32F407、第一电流传感器、第二电流传感器、直流无刷电机、直流电机、电机光电编码器、三轴加速度计传感器；微控制器STM32F407与超声波传感器、电机光电编码器、直流无刷电机和直流电机之间通信连接，所述直流无刷电机、直流电机产生PWM波控制信号；所述微控制器STM32F407与三轴加速度计传感器、电机光电编码器之间通信连接，三轴加速度计传感器、电机光电编码器之间通信连接，且实时信号传输至控微控制器STM32F407 ; 所述单轮全自动高速灭火机器人伺服控制系统中还包括用于调节对地面的吸附能力的真空抽吸电机、升降电机和校正电机，所述微控制器STM32F407分别与真空抽吸电机、升降电机、校正电机之间控制连接； 所述单轮全自动高速灭火机器人伺服控制系统还包括图像采集装置、灭火器、灭火器喷嘴，所述校正电机与图像采集装置、灭火器喷嘴之间控制连接，所述升降电机与灭火器之间控制连接； 所述微控制器STM32F407中包含有电压检测装置，所述电压检测装置能封锁PffM波控制信号，并发出报警信号。2.根据权利要求1所述的单轮全自动中低速灭火机器人伺服控制系统，其特征在于，所述电机光电编码器位于直流无刷电机、直流电机、真空抽吸电机、升降电机、校正电机上，且电机光电编码器产生位置信号第一脉冲、第二脉冲和第三脉冲，所述第一脉冲、第二脉冲和第三脉冲与微控制器STM32F407之间通信连接，所述第一脉冲、第二脉冲和第三脉冲会产生变化，且第一脉冲、第二脉冲和第三脉冲每变化一次，所述微控制器STM32F407控制直流无刷电机、直流电机、真空抽吸电机、升降电机、校正电机发生变化。3.根据权利要求2所述的单轮全自动中低速灭火机器人伺服控制系统，其特征在于，所述第一脉冲、第二脉冲和第三脉冲为低电平，电机光电编码器产生脉冲控制信号，并将脉冲控制信号传输至微控制器STM32F407，所述微控制器STM32F407记录直流无刷电机、直流电机、真空抽吸电机、升降电机、校正电机的绝对位置。4.根据权利要求1所述的单轮全自动中低速灭火机器人伺服控制系统，其特征在于，所述单轮全自动高速灭火机器人伺服控制系统还包括上位机模块和运动控制模块，所述上位机模块中包含有房间探索单元、房间存储单元、路径读取单元、人机界面单元和在线输出单元，所述房间探索单元、房间存储单元、路径读取单元、人机界面单元、在线输出单元均与上位机模块分别控制连接， 所述运动控制模块包含坐标定位单元、I/o控制单元、五轴同步混合伺服系统和图像采集单元。5.根据权利要求1所述的单轮全自动中低速灭火机器人伺服控制系统，其特征在于，所述五轴同步混合伺服系统包括直流无刷电机、直流电机两轴混合伺服模块、单轴真空吸盘吸附伺服模块和火源对准校正两轴直流伺服模块， 所述直流无刷电机、直流电机两轴混合伺服模块与单轴真空吸盘吸附伺服模块之间相连接，且将信号传输至单轴真空吸盘吸附伺服模块。6.根据权利要求5所述的单轮全自动中低速灭火机器人伺服控制系统，其特征在于，所述的超声波传感器的数量为6个、电流传感器的数量为3个、光电传感器和三轴加速度计传感器数量为I个。7.根据权利要求6所述的单轮全自动中低速灭火机器人伺服控制系统，其特征在于，所述单轮全自动中低速灭火机器人伺服控制系统中还包含有电池，所述的电池采用锂离子电池。
【专利摘要】本发明公开了一种单轮全自动中低速灭火机器人伺服控制系统，包括：若干超声波传感器、微控制器STM32F407、第一电流传感器、第二电流传感器、直流无刷电机、直流电机、电机光电编码器、三轴加速度计传感器、图像采集装置、真空抽吸电机、升降电机和校正电机。通过上述方式，本发明能够提供的图像采集可以有效捕捉火源，减少外界干扰对机器人的误操作，调节直流无刷电机和直流电机的运动可以使机器人反向运动，真空抽吸电机具有良好的防滑效果，三轴加速度计传感器能得到灭火机器人旋转的角度，使得机器人携带的灭火器与火源处于一条直线上，有效熄灭火源，调整灭火器的高度，使得灭火器喷嘴与火源中心高度一致，有利于有效扑灭火源。
【IPC分类】G05D1/12, G05D1/02
【公开号】CN105045290
【申请号】CN201510521839
【发明人】张好明, 杨锐敏
【申请人】铜陵学院
【公开日】2015年11月11日
【申请日】2015年8月24日