2 )、第三电流传感器(C3 )、第四电流传感器(C4)、真空装置、STM32F407处理器和FPGA芯片，它们均安装在主板上；它还包括四轴行走伺服控制单元和单轴真空抽吸附伺服控制单元； 所述STM32F407处理器电性连接FPGA芯片，所述电池、第一传感器(SI)、第二传感器(52)、第三传感器(S5)、第四传感器(S6)、三轴陀螺仪(G1)、三轴加速度计(Al)、电压传感器Vl、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)均与STM32F407处理器信号连接，FPGA芯片与第一电机(X)、第二电机(Y)、第三电机(R)、第四电机(Z)和第五电机(M)信号连接； 所述四轴行走伺服控制单元与真空吸附伺服控制单元信号连接，所述第一电机(X)、第二电机(Y)、第三电机(R)和第四电机(Z)与四轴行走伺服控制单元信号连接，所述第五电机(M)与真空吸附伺服控制单元信号连接； 第一传感器(SI)、第二传感器(S2 )、第三传感器(S5 )和第四传感器(S6 )中的两个信号发射方向与车轮行进方向相同、另外两个信号发射方向与车轮行进方向间有一定夹角，第一电机(X)、第二电机(Y)、第三电机(R)和第四电机(Z)分别与位于微微鼠两侧的四轮对应、其中两个电机设置在主板中部两侧、另外两个电机设置在主板后端两侧使得它们与四个轮子的位置—对应构成中驱加后驱的复合结构；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)分别与控制微微鼠的四个轮子的电机 对应；所述第五电机(M)与真空装置连接； 在电源打开状态下微电脑鼠先进入自锁状态，当所述微电脑鼠放在迷宫起始点时、所述STM32F407处理器处理后与FPGA处理器通讯进而使得FPGA处理器首先控制第五电机(M)使得真空装置开启，第一传感器(SI)、第二传感器(S2)、第三传感器(S5)和第四传感器(S6)根据实际导航环境将参数传输给STM32F407处理器，STM32F407处理器处理参数后与FPGA芯片通讯，由FPGA芯片处理第一电机(X)、第二电机(Y)、第三电机(R)和第四电机(Z)伺服控制实现四轴行走伺服控制、且FPGA芯片处理第五电机(M)实现单轴真空抽吸附伺服控制，且FPGA芯片把处理数据通讯给STM32F407处理器、由STM32F407处理器继续处理后续的运行状态。2.根据权利要求1所述的双核高速四轮微微鼠探索控制器，其特征在于: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°。3.根据权利要求1所述双核高速四轮微微鼠探索控制器，其特征在于: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。4.根据权利要求1所述双核高速四轮微微鼠探索控制器，其特征在于: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。5.根据权利要求1所述双核高速四轮微微鼠探索控制器，其特征在于:第一传感器(SI)、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。6.一种双核高速四轮微微鼠探索控制器的控制方法，其特征在于包括以下步骤: 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控制器会对电源电路、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； 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(G1)、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(SI)、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PW (M)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，PW (M)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； 转向与直行控制:第一传感器(SI)、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控制器，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控制器，然后STM32F407控制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PW (M)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控制器使能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(Gl)、加速度计(Al)会时刻记录已经移动的距离并输送给STM32F407控制器； 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； 位置判断:当微微鼠控制下运动若干格距离到达新地址时，微处理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。7.根据权利要求6所述的一种双核高速四轮微微鼠探索控制器的控制方法，其特征在于: 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(SI),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PW (M)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(SI)、(S2)、(S5)、(S6)将工作，并把反射回来的光电信号送给STM32F407控制器、控制器判断后送给FPGA芯片、由FPGA芯片运算后与STM32F407控制器进行通讯，然后由STM32F407控制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。
【专利摘要】本发明公开了双核高速四轮微微鼠探索控制器，包括主板、电池、第一传感器S1、第二传感器S2、第三传感器S5、第四传感器S6、第一电机X、第二电机Y、第三电机R、第四电机Z、第五电机M、三轴陀螺仪G1、三轴加速度计A1、真空装置等，它们均安装在主板上。采用了这个结构后，提高了运算速度，时刻对微微鼠的运行状态进行监测和运算，利用四个传感器探测既减少了干扰又能够准确对周边环境进行准确监测，能够根据运行状态校正运动姿态、能够重新分配扭矩、把更多的扭矩分配在未失速的驱动轮上使系统迅速脱离不稳定状态且自动调节真空装置对地面的吸附能力，彻底消除了微微鼠在复杂迷宫高速探索时的打滑现象。
【IPC分类】G05D1/02
【公开号】CN105137978
【申请号】CN201510520909
【发明人】张好明, 鲍庭瑞
【申请人】铜陵学院
【公开日】2015年12月9日
【申请日】2015年8月24日