一种双核两轮中速灭火机器人伺服控制器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及多轴机器人领域，具体涉及一种双核两轮中速灭火机器人伺服控制器的两轮灭火机器人自动控制系统。
【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房间二维平面上行走的相关动作。
[0005]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格房间格的运动，然后发现火源，并开启自身携带的干冰控制器，扑灭火源。
[0006]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。
[0007]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。
[0008](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。
[0009](4)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。
[0010](5)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。
[0011 ] (6 )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。
[0012](7)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。
[0013](8)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。
[0014](9)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。
[0015](10)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。
[0016]因此，需要对现有的基于单片机控制的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中低速两轮灭火机器人伺服系统。
【发明内容】
[0017]本发明的目的在于提供一种在基于STM32F407的控制器中引入PMD公司生产的精密运动控制专用芯片MC58113，形成基于STM32F407+专用运动控制芯片的全新双核控制器，同时双核控制器引入真空吸附技术，并加入三轴加速度计传感器和三轴陀螺仪进行二次姿态校正；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三轴伺服系统交给MC58113处理，充分发挥MC58113作为伺服控制器的优点和STM32F407数据处理速度相对较快的特点，把STM32F407从复杂的三轴伺服控制中解脱出来，实现人机界面、房间读取、房间存储、坐标定位等简单功能的双核两轮中速灭火机器人伺服控制器。
[0018]本发明的技术方案是，一种双核两轮中速灭火机器人伺服控制器，包括电池、双核控制器、直流电机M、直流无刷电机X、直流无刷电机Y、信号处理器以及灭火机器人，所述双核控制器发出第三控制信号驱动所述直流电机M，所述双核控制器发出第二控制信号驱动所述直流无刷电机Y，所述双核控制器发出第一控制信号驱动所述直流无刷电机X，所述直流电机M、直流无刷电机X、直流无刷电机Y通过信号处理器处理后驱动所述灭火机器人，所述双核控制器为STM32F407和MC58113，所述MC58113通过I/O 口与STM32F407进入实时通讯。
[0019]在本发明一个较佳实施例中，所述两轮中速灭火机器人伺服控制器上还设置有第一超声波传感器、第二超声波传感器、第三超声波传感器、第四超声波传感器、第五超声波传感器、第六超声波超声波传感器、光电传感器、电压传感器、三轴加速度计传感器、三轴陀螺仪、第一电流传感器以及第二电流传感器。
[0020]在本发明一个较佳实施例中，所述双核控制器包括上位机程序和运动控制程序，所述上位机程序包括房间探索模块、房间存储模块、路径读取模块、人机界面模块及在线输出模块，所述运动控制程序包括基于MC58113三轴同步直流无刷和直流混合伺服控制模块、坐标定位模块及I/O控制模块，所述基于MC58113三轴同步直流无刷和直流混合伺服控制模块包括基于两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。
[0021]在本发明一个较佳实施例中，所述双核控制器上还连接设置有干冰灭火器电磁阀。
[0022]在本发明一个较佳实施例中，所述电池为锂离子电池。
[0023]在本发明一个较佳实施例中，所述直流无刷电机X、直流无刷电机Y上还分别设置有光电编码器。
[0024]在本发明一个较佳实施例中，所述单轴真空吸盘吸附伺服控制模块中的真空吸盘通过直流电机M驱动。
[0025]在本发明一个较佳实施例中，所述真空吸盘与所述地面吸附对应设置从而防止打滑。
[0026]本发明所述为一种双核两轮中速灭火机器人伺服控制器，具有如下有益效果:
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+MC58113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，C1、C2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；
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；
3、由MC58113处理灭火机器人的两只直流无刷电机X和直流无刷电机Y、单轴吸附控制直流电机M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；
4、本发明基本实现全贴片元器件材料，实现了单板