双核高速四轮微微鼠探索控制器的制造方法_2

文档序号:9416813阅读:来源:国知局
速度计用来测量微微鼠三个平移运动的加速度。控制器根据测得的加速度信号计算出微微鼠的速度和位置数据,利用陀螺仪Gl短时测量准确的优势和加速度计Al长时稳定的特点,两者结合,得到即能短时稳定又能长时稳定的倾斜角度,用陀螺仪测量短时内角度变化,把加速度计传感器当作倾角传感器测量倾角,并在一个长时间范围内,迫使陀螺仪得到的倾角慢慢匹配加速度传感器得到的倾角。陀螺仪和加速度计时刻记录微微鼠的瞬时参数并输送给控制器,当微微鼠的姿态发生变化超过设定阀值时,在一个新的采样周期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,提尚了其快速彳丁走时的稳定性。
[0022]为了进一步提高微微鼠在探索迷宫时的稳定性,防止微微鼠在高速探索时打滑导致微微鼠迷宫信息错误,本发明在两轮微微鼠探索控制器的硬件系统中加入了微型直流电机M,真空装置具体的可以采用包括真空抽吸装置和位于两轮微微鼠下表面的微型真空吸盘的方式设置(当然也可以采用其他结构实现),在微微鼠运动过程中,电机M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从而产生一定的负压,使微微鼠对地面产生一定的吸附力,并且随着微微鼠探索速度的增加,微型电机M自动会调节真空吸盘对地面的吸附力,增加对地面的摩擦系数,彻底防止微微鼠在高速探索时时因地面打滑造成的探索失败现象的再次发生。
[0023]作为本发明的进一步改进:所述第一传感器SI的传感器信号发射方向与第二传感器S2的传感器信号发射方向间的夹角大于等于75°且小于等于90°、第三传感器S5、第四传感器S6的传感器信号发射方向间的夹角大于等于75°且小于等于90°。采用这种方式,传感器间的干扰少、测量更为准确。在夹角大于等于75°小于90°的情况下,而且传感器S2和传感器S5可以精确测量到迷宫从有挡墙到无挡墙以及无挡墙到有挡墙的变化,传感器S2和传感器S5还可以精确测量到从有挡墙到无挡墙的变化以及从无挡墙到有挡墙的变化、挡墙发生变化的位置的传感器信号变化可以被控制器捕捉到、然后可以对微微鼠进行精确补偿。而在夹角等于90°时则着重于对两侧的探测、且杜绝了传感器间的干扰,并能够进行智能补偿。总之夹角的设置对于复杂迷宫计算至关重要,如果没有智能补偿的话,微微鼠在复杂迷宫中可能会广生累计误差使探索失败。
[0024]作为本发明的进一步改进:第一电机X、第二电机Y、第三电机R和第四电机Z均为永磁直流电机,第五电机M为直流电机,第一电机X、第二电机Y、第三电机R和第四电机Z中设置在主板中部的两个电机比另外两个电机的电机功率大。只有在动力需求较高时才启动后驱,起到助力作用、节约电量且能够按迷宫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,以提高微微鼠的行驶能力。
[0025]作为本发明的进一步改进:第一电机X、第二电机Y、第三电机R、第四电机Z和第五电机M上的均设有光电编码器。光电编码器的能够输出A脉冲和B脉冲和Z脉冲,根据脉冲的电平记录电机的绝对位置,换算成微微鼠在迷宫中的具体位置,定位更加准确。
[0026]作为本发明的进一步改进:第一传感器S1、第二传感器S2、第三传感器S5和第四传感器S6均包括红外发射传感器0PE5594A和红外接收器TSL262。第一传感器S1、第二传感器S2、第三传感器S5和第四传感器S6均包括的红外发射传感器0PE5594A发射出的红外光经挡墙反馈后会被对应的红外接收器TSL262接收。
[0027]双核高速四轮微微鼠探索控制器的控制方法的,包括以下步骤:
1、系统初始化:将微微鼠放置在迷宫起点,打开电源开关瞬间STM32F407处理器会对电源电路、传感器电路、时钟电路等进行检测,如果电池处于低压的将禁止所有FPGA芯片工作,同时电压感应器Vl将工作并提示报警信号,如果电压正常,系统将检测传感器电路和时钟电路,如果传感器电路和时钟电路出现故障,系统将自动复位,重新检测,如有问题将报警,确定系统硬件无异样后,等待STM32F407发出的探索命令;
2、抓地控制:当接收微微鼠探索启动的瞬间,开启开启第五电机M、三轴陀螺仪Gl、三轴加速度计Al和真空抽吸装置,真空抽吸装置使微微鼠对地面具有一定的吸附力,第一传感器S1、第二传感器S2、第三传感器S5和第四传感器S6判断周围的环境并将环境参数送给STM32F407处理器,STM32F407把这些环境参数按照四轴行走伺服控制单元速度和加速度要求转化为微微鼠要运行的距离、速度和加速度指令值并与FPGA芯片通讯,由FPGA芯片根据这些参数再结合电机的光电编码器、第一电流传感器Cl、第二感应器C2、第三感应器C3和第四感应器C4的反馈生成驱动第一电机X、第二电机Y、第三电机R和第四电机Z的PWM波以及方向和速度——时间运动梯形图,STM32F407处理器根据外部环境要求控制FPGA芯片进而控制第一电机X、第二电机Y、第三电机R和第四电机Z中的两个或者全部工作,PWM波经驱动桥放大后驱动两个电机或者四个电机使得微微鼠运动;
3、转向与直行控制:第一传感器S1、第二传感器S2、第三传感器S5和第四传感器S6判断周围的环境并将环境参数送给STM32F407处理器,在微微鼠向前运动过程中如果有迷宫挡墙进入前方的运动范围,则判断左右是否有挡墙,若至少一侧无挡墙则转弯,若两侧均有挡墙则微微鼠将存储此时坐标,根据第一传感器SI和第四传感器S6的反馈计算出向前运动停车的位置参数,并把向停车的位置参数参数传输给STM32F407处理器,然后STM32F407处理器会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并使能FPGA芯片,FPGA芯片根据参数生成PffM控制信号,控制第一电机X、第二电机Y、第三电机R和第四电机Z停车,同时控制器通过调整电机M的伺服控制来加大对地面的摩擦,然后在陀螺仪Gl和加速度计Al的帮助下,微微鼠实现在设置停车点停车,然后STM32F407处理器使能FPGA芯片,微微鼠掉头;在微微鼠向前运动过程显示前方有若干格直线坐标内没有挡墙、判断出前方的运动范围没有阻挡则微微鼠将存储其现在的坐标,处理器把向前运动若干格的位置参数传递给STM32F407,然后FPGA芯片控制第一电机X、第二电机Y、第三电机R和第四电机Z使得微微鼠向前冲刺,陀螺仪G1、加速度计Al会时刻记录已经移动的距离并输送给STM32F407处理器;
4、运动补偿控制:在微微鼠运动过程中三轴陀螺仪Gl用来测量微微鼠转弯或直线运动,三轴加速度计Al用来测量微微鼠运动的加速度,陀螺仪测量短时内角度变化并结合加速度计传感器测量倾角,并将陀螺仪得到的倾角匹配加速度传感器得到的倾角,当微微鼠的姿态发生变化超过设定倾角阀值时发出信号控制使得第一电机X、第二电机Y、第三电机R和第四电机Z对位置进行补偿,避免了微微鼠行走时偏离中心位置现象的发生;
5、位置判断:当微微鼠控制下运动若干格距离到达新地址时,控制器将更新其坐标为并判断其坐标是不是终点,如果不是将继续更新其坐标,如果是的话通知控制器已经探索到目标,然后设置返航探索标志,微微鼠准备返程探索。
[0028]作为本发明的进一步改进:转向与直行控制步骤中包括误差校正步骤,误差校正方法如下:微微鼠第一传感器S1、第二传感器S2、第三传感器S5和第四传感器S6时刻对周围的迷宫挡墙进行探测,如果信号发生了较大数值的跃变,STM32F407会根据微微鼠当前运行状态精确补偿,彻底消除微微鼠在复杂迷宫中已经累计的误差;
转向时采用的方法:转弯时,STM32F407首先把转入前行驶距离按照冲刺条件的不同转化为不同的速度参数以及加速度参数然后根据地面状况把指令值传输给控制的FPGA,FPGA会根据这些参数再结合光电编码器、第一电流传感器Cl、第二电流传感器C2、第三电流传感器C3和第四电流传感器C4的反馈生成驱动前后左右轮的PffM波形和方向,控制第一电机X、第二电机Y、第三电机R和第四电机Z中的2个或4个实现转向;
返程探索过程如下:在微微鼠进入迷宫返程探索时,传感器S1、S2、S5、S6将工作,并把反射回来的光电信号送给STM32F407处理器、控制器判断后送给FPGA芯片、由FPGA芯片运算后与STM32F407处理器进行通讯,然后由STM32F407处理器送控制信号给第一电机X、第二电机Y、第三电机R和第四电机Z进行确定,如果进入已经搜索的区域将进行快速前进,STM32F407会加大控制电机的占空比,以快速通过已知区域,减少二次探索时间,如果是未知返回区域则采用正常速度搜索,在运动过程中,控制器时刻检测微微鼠运行状态并实时调整电机M进行摩擦力调整且时刻更新其坐标并判断其坐标是不是起点。
[0029]本发明具有的有益效果是:
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+FPGA控制器时刻都在对微微鼠的运行状态进行监测和运算,同时第一电流传感器Cl、第二电流传感器C2、第三电流传感器C3、第四电流传感器C4 一直在对电流进行检测和反馈,避免了大电流的产生,所以从根本上解决了大电流对电池的冲击,避免了由于大电流放电而引起的电池过度老化现象的发生。
[0030]2、采用第一传感器S1、第二传感器S2、第三传感器S5和第四传感器S6探索迷宫技术替代原有的六组传感器探索迷宫技术不仅减少了系统中各传感器组的干扰,并提高了迷宫挡墙采集频率,有利于提高系统的运算速度。
[0031]3、为了充分提高微微鼠系统的稳定性和行驶能力,并兼顾两轮中置转向的优点,本发明舍弃了传统实时四驱结构,采用中驱+后驱的复合结构:中置驱动的电机功率功率较大,后置驱动的两个个电机功率较小,只有在动力需求较高时才启动后驱,起到助力作用。由于采用四轮驱动技术,微微鼠前后轮都有动力,可按迷宫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,以提高微微鼠的行驶能力。
[0032]4、根据需要实现分时四驱。在正常行驶环境下,由于需求功率不是很大,中驱的两个电机就能满足,为了
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