CN103529835A - 基于双核四轮极速微电脑鼠连转冲刺系统 - Google Patents

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CN103529835A
CN103529835A CN201310439619.8A CN201310439619A CN103529835A CN 103529835 A CN103529835 A CN 103529835A CN 201310439619 A CN201310439619 A CN 201310439619A CN 103529835 A CN103529835 A CN 103529835A
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CN201310439619.8A
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Inventor
张好明
王应海
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苏州工业园区职业技术学院
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Abstract

本发明公开了一种基于双核四轮极速微电脑鼠连转冲刺系统,包括处理器单元、第一控制器、第二控制器、第三控制器、第四控制器、电机X、电机Y、电机Z、电机R以及微电脑鼠机械装置,所述的处理器单元分别与第一控制器、第二控制器、第三控制器以及第四控制器进行电性连接,所述的第一控制器、第二控制器、第三控制器以及第四控制器分别对应与电机X、电机Y、电机Z以及电机R进行电性连接,所述的电机X、电机Y、电机Z以及电机R与微电脑鼠机械装置进行连接。本发明提供的基于双核四轮极速微电脑鼠连转冲刺系统,抗干扰能力大大增强,同时提高了运算速度,保证基于双核四轮极速微电脑鼠连转冲刺系统的稳定性和可靠性。

Description

基于双核四轮极速微电脑鼠连转冲刺系统
技术领域
[0001] 本发明是有属于微型机器人的技术领域,且特别是涉及一种基于双核四轮极速微电脑鼠连转冲刺系统。
背景技术[0002] 微电脑鼠是使用嵌入式微控制器、传感器和机电运动部件构成的一种智能行走机器人,微电脑鼠可以在不同“迷宫”中自动记忆和选择路径,采用相应的算法,快速地到达所设定的目的地。微电脑鼠比赛在国外已经有30几年的历史,现在每年国际上都要举行上百场类似的微电脑鼠大赛。
[0003] 微电脑鼠竞赛采用运行时间、迷宫时间和碰触这三个参数,从速度、求解迷宫的效率和电脑鼠的可靠性三个方面来进行评分,不同的国家采用不同的评分标准,最有代表的四个国家标准为:
美国IEEE APEC国际微电脑鼠机器人竞赛
探索时间、冲刺时间和固定的接触扣分,都记入总成绩 得分=探索时间/30 +冲刺时间+固定接触扣分 全日本国际微电脑鼠机器人大会(专家级)
总成绩仅计算冲刺时间 得分=最佳冲刺时间 英国微电脑鼠机器人挑战赛
探索时间、冲刺时间和可变的接触扣分都记入总成绩 得分=探索时间/30 +冲刺时间+变动接触扣分 新加坡机器人大赛
探索时间、冲刺时间记入总成绩;每次接触机器人将减少一次尝试机会得分=探索时间/30 +冲刺时间从上面的国际标准来看,冲刺时间决定整个微电脑鼠的成败,由于国内研发此微电脑鼠的单位较少,相对研发水平比较落后,现有技术中的微电脑鼠结构如图1所示。长时间运行发现存在着很多安全问题,包括:
(1)作为微电脑鼠的眼睛采用的是超声波或者是一般的红外传感器,而且传感器的设置有误,使得微电脑鼠在快速冲刺时对周围迷宫的判断存在一定的误判,使得微电脑在快速冲刺的时候容易撞上前方的挡墙;
(2)作为微电脑鼠的执行机构采用的是步进电机,经常会遇到丢失脉冲的问题出现,导致对冲刺位置的记忆出现错误,有的时候找不到冲刺的终点;
(3)由于采用步进电机,使得机体发热比较严重,不利于在大型复杂迷宫中快速冲刺;
(4)由于采用比较低级的算法,使得最佳迷宫的计算和冲刺路径的计算都有一定的问题,研发的微电脑鼠基本上不会多次自动加速冲刺,在一般迷宫当中的冲刺一般都要花费
15~30秒的时间,这使得在真正的国际复杂迷宫大赛中无法取胜; (5)由于微电脑鼠在快速冲刺过程中需要频繁的刹车和启动,加重了单片机的工作量,单片信号处理器无法满足微电脑鼠快速冲刺的要求;
(6)相对采用的都是一些体积比较大的插件元器件使得微电脑鼠的体积和重量比较庞大,而且重心较高,无法满足快速冲刺的要求;
(7)由于受周围环境不稳定因素干扰,特别是周围一些光线的干扰,单片机控制器经常会出现异常,引起微电脑鼠失控,抗干扰能力较差;
(8)对于差速控制的微电脑鼠来说,一般要求其两个电机的控制信号要同步,但是对于单一单片机来说很难办到,使得微电脑鼠在高速冲刺时会在迷宫当中摇摆幅度较大,经常出现撞墙的现象发生,导致冲刺失败;
(9)由于受单片机容量和算法影响,微电脑鼠对迷宫的信息没有存储,当遇到掉电情况时候所有的信息将消失,这使得整个冲刺过程无法完成;
(10)由于没有角速度传感器的辅助进行转弯,经常出现转弯角度过小或者过大的现象发生,然后依靠导航的传感器进行补偿,导致在连续多次转弯的迷宫中出现撞墙的现象发生,致使冲刺失败;
(11)采用单个传感器探知前方迷宫的挡墙,极易收到外界干扰,致使前方传感器错误引导快速冲刺的微电脑鼠,导致微电脑鼠在迷宫中冲刺不到位或者撞墙,致使冲刺失败;
(12)由于受单片机容量影响,现有的微电脑鼠基本上都只有两个动力驱动轮,采用两轮差速方式行驶,使得系统对两轴的伺服要求较高,特别是直线导航时,要求速度和加速度要追求严格的一致,否则直线导航将会失败,导致微电脑鼠出现撞墙的现象发生;
(13)两轮微电脑鼠系统在加速时由于重心后移,使得老鼠前部轻飘,即使在良好的路面上微电脑鼠也会打滑,有可能导致撞墙的现象出现,不利于高速微电脑鼠的发展;
(14)两轮微电脑鼠系统在正常行驶时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,这时微电脑鼠系统更加容易打滑,也更容易走偏,导致导航失败;
(15)两轮微电脑鼠系统在正常行驶时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;
(16)由于采用两个动力轮驱动,为了满足复杂状态下的加速和减速,使得单个驱动电机的功率较大,不仅占用的空间较大,而且有时候在一些相对需求能量较低的状态下造成“大马拉小车”的现象出现,不利于微电脑鼠本体微型化发展和微电脑鼠系统能源的节省;
综上所述,因此需要对现有的基于单片机控制的微电脑鼠控制器进行重新设计。
发明内容
[0004] 本发明主要解决的技术问题是提供一种基于双核四轮极速微电脑鼠连转冲刺系统,克服单一单片机不能满足微电脑鼠稳定性和快速性的要求,舍弃了国产微电脑鼠所采用的单一单片机工作模式,处采用双核处理器,包括ARM9处理器和FPGA处理器,以FPGA处理器为处理核心,实现四轴直流电机同步伺服数字信号的实时处理,把ARM9处理器从复杂的工作当中解脱出来,实现部分的信号处理算法和FPGA处理器的控制逻辑,并响应中断,实现数据通信和存储实时信号,抗干扰能力大大增强,同时提高了运算速度,保证基于双核四轮极速微电脑鼠连转冲刺系统的稳定性和可靠性。[0005] 为解决上述技术问题,本发明采用的一个技术方案是:提供一种基于双核四轮极速微电脑鼠连转冲刺系统,包括处理器单元、第一控制器、第二控制器、第三控制器、第四控制器、电机X、电机Y、电机Z、电机R以及微电脑鼠机械装置,所述的处理器单元分别与第一控制器、第二控制器、第三控制器以及第四控制器进行电性连接,所述的第一控制器、第二控制器、第三控制器以及第四控制器分别对应与电机X、电机Y、电机Z以及电机R进行电性连接,所述的电机X、电机Y、电机Z以及电机R与微电脑鼠机械装置进行连接。
[0006] 在本发明一个较佳实施例中,所述的处理器单元为一双核处理器,包括ARM9处理器和FPGA处理器。
[0007] 在本发明一个较佳实施例中,所述的处理器单元还包括设于ARM9处理器和FPGA处理器的上位机系统和运动控制系统,所述的上位机系统包括迷宫读取模块、坐标定位模块以及在线输出模块,所述的运动控制系统包括伺服控制模块、数据存储模块以及I/o控制模块,其中,所述的迷宫读取模块、坐标定位模块、在线输出模块、数据存储模块以及I/o控制模块分别与所述的ARM9处理器进行电性连接。
[0008] 在本发明一个较佳实施例中,所述的伺服控制模块还包括转换模块、编码器模块、电流模块、速度模块以及坐标模块,所述的控制伺服控制模块与所述的FPGA处理器进行电性连接。
[0009] 在本发明一个较佳实施例中,所述的微电脑鼠连转冲刺系统还包括电池,所述的电池与所述的处理器单元进行电性连接。
[0010] 在本发明一个较佳实施例中,所述的电池为锂离子电池。
[0011 ] 在本发明一个较佳实施例中,所述的电机X、电机Y、电机Z和电机R均为高速永磁直流电机。
[0012] 在本发明一个较佳实施例中,所述的电机X、电机Y、电机Z和电机R的转轴上均设有光电编码器。
[0013] 在本发明一个较佳实施例中,所述的微电脑鼠机械装置上设有光电传感器、电压传感器以及六个屏蔽传感器,所述光电传感器、电压传感器以及屏蔽传感器分别与所述的处理器单元进行电性连接。
[0014] 在本发明一个较佳实施例中,所述的微电脑鼠机械装置上设有两片陀螺仪,所述的陀螺仪与所述的处理器单元进行电性连接。
[0015] 本发明的基于双核四轮极速微电脑鼠连转冲刺系统,克服单一单片机不能满足微电脑鼠稳定性和快速性的要求,舍弃了国产微电脑鼠所采用的单一单片机工作模式,处采用双核处理器,包括ARM9处理器和FPGA处理器,以FPGA处理器为处理核心,实现四轴直流电机同步伺服数字信号的实时处理,把ARM9处理器从复杂的工作当中解脱出来,实现部分的信号处理算法和FPGA处理器的控制逻辑,并响应中断,实现数据通信和存储实时信号,抗干扰能力大大增强,同时提高了运算速度,保证基于双核四轮极速微电脑鼠连转冲刺系统的稳定性和可靠性。
附图说明
[0016] 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为现有技术的微电脑鼠系统的电路图;
图2为本发明较佳实施例的基于双核四轮极速微电脑鼠连转冲刺系统的电路图;
图3为图2中处理器单元的内部系统结构框图;
图4为本发明较佳实施例的微电脑鼠迷宫示意图;
图5为本发明较佳实施例的微电脑鼠的结构示意图;
图6为微电脑鼠速度曲线图;
图7微电脑鼠自动冲刺程序示意图;
图8为微电脑鼠右转冲刺示意图;
图9为微电脑鼠左转冲刺意义图;
图10连转楼梯迷宫;
图11连转楼梯示意图;
图12连转楼梯参数示意图;
图13连转M型迷宫;
图14连转M型示意图;
图15连转M型参数示意图;
图16为本发明较佳实施例的基于双核四轮极速微电脑鼠连转冲刺系统控制示意图; 附图5中各部件的标记如下:1、微电脑鼠,2、车轮,3、蔽障传感器,4、光电补偿传感器,
5、电压传感器。
具体实施方式
[0017] 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。
[0018] 请参阅图2至图15,本发明实施例包括:
一种基于双核四轮极速微电脑鼠连转冲刺系统,包括处理器单元、第一控制器、第二控制器、第三控制器、第四控制器、电机X、电机Y、电机Z、电机R以及微电脑鼠机械装置,所述的处理器单元分别与第一控制器、第二控制器、第三控制器以及第四控制器进行电性连接,所述的第一控制器、第二控制器、第三控制器以及第四控制器分别对应与电机X、电机Y、电机Z以及电机R进行电性连接,所述的电机X、电机Y、电机Z以及电机R与微电脑鼠机械装置进行连接。
[0019] 上述中,所述的微电脑鼠连转冲刺系统还包括电池,所述的电池与所述的处理器单元进行电性连接。其中,所述的电池为锂离子电池,是一种供电装置,为整个系统的工作提供工作电压。
[0020] 进一步的,所述的电机X、电机Y、电机Z和电机R均为高速永磁直流电机。其中,所述的电机X、电机Y、电机Z和电机R的转轴上均设有光电编码器。
[0021] 其工作原理为:由电池为整个系统的工作提供工作电压,处理器单元分别控制所述的第一控制器、第二控制器、第三控制器和第四控制器,由所述的第一控制器、第二控制器、第三控制器和第四控制器分别发出第一控制信号、第二控制信号、第三控制信号和第四控制信号,所述的第一控制信号、第二控制信号、第三控制信号和第四控制信号分别控制所述的电机X、电机Y、电机Z和电机R,通过所述的电机X的第一控制信号、通过所述的电机Y的第二控制信号、通过所述的电机Z的第三控制信号和通过所述的电机R的第四控制信号经过合成之后,控制微电脑鼠机械装置的运动。
[0022] 其中,所述的处理器单元为一双核处理器,包括ARM9处理器和FPGA处理器。
[0023] ARM9 处理器米用 R I SC ( Reduce Instruction Computer,精简指令集计算机)结构,具有寄存器多、寻址方式简单、批量传输数据、使用地址自动增减等特点。新一代的ARM9处理器,通过全新的设计,采用了更多的晶体管,能够达到两倍以上于ARM7处理器的处理能力。这种处理能力的提高是通过增加时钟频率和减少指令执行周期实现的。
[0024] S3C2440A采用ARM920T内核,其主要特点有:
(1) 1.2V 内核,1.8V/2.5V/3.3V 储存器,3.3V 扩展 I/O, 16KB 指令 Cache (1-Cache)/16KB 数据 Cache (D-Cache)
(2) 3 路 URAT
(3) 4路PWM定时器/I路内部定时器/看门狗定时器 (4) 8路10位ADC和触摸屏接口
(5) 130个通用1/0,24个外部中断源
(6)32bit定点RISC处理器,改进型ARM / Thumb代码交织,增强性乘法器设计。支持实时(real-time)调试;
(7)片内指令和数据SRAM,而且指令和数据的存储器容量可调;
(8)片内指令和数据高速缓冲器(cache)容量从4K字节到IM字节;
(9)设置保护单元(protection unit),非常适合嵌入式应用中对存储器进行分段和保护; (10)采用AMBA AHB总线接口,为外设提供统一的地址和数据总线;
(10)支持外部协处理器,指令和数据总线有简单的握手信令支持;
(11)支持标准基本逻辑单元扫描测试方法学,而且支持BIST (built-1n-self-test);
(12)支持嵌入式跟踪宏单元,支持实时跟踪指令和数据。
[0025] FPGA处理器,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。
[0026] FPGA处理器采用了逻辑单元阵列LCA (Logic Cell Array)这样一个新概念,内部包括可配置逻辑模块CLEKConfigurable Logic Block)、输出输入模块IOB (Input OutputBlock)和内部连线(Interconnect)三个部分。FPGA处理器的基本特点主要有:
I)采用FPGA处理器设计ASIC电路,用户不需要投片生产,就能得到合用的芯片。
[0027] 2) FPGA处理器可做其它全定制或半定制ASIC电路的中试样片。
[0028] 3) FPGA处理器内部有丰富的触发器和I / O引脚。
[0029] 4) FPGA处理器是ASIC电路中设计周期最短、开发费用最低、风险最小的器件之
O[0030] 5) FPGA处理器采用高速CHMOS工艺,功耗低,可以与CMOS、TTL电平兼容。
[0031] 可以说,FPGA处理器是小批量系统提高系统集成度、可靠性的最佳选择之一。
[0032] 上述特点使得用户可以根据自己的设计需要,通过特定的布局布线工具对其内部进行重新组合连接,在最短的时间内设计出自己的专用集成电路,这样就减小成本、缩短开发周期。由于FPGA处理器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处理器设计的系统具有良好的可复用和修改性。这种全新的设计思想已经逐渐应用在高性能的直流驱动控制上,并快速发展。
[0033] 进一步的,所述的处理器单元还包括设于ARM9处理器和FPGA处理器的上位机系统和运动控制系统,所述的上位机系统包括迷宫读取模块、坐标定位模块以及在线输出模块,所述的运动控制系统包括伺服控制模块、数据存储模块以及I/O控制模块。
[0034] 其中,所述的迷宫读取模块、坐标定位模块、在线输出模块、数据存储模块以及I/O控制模块分别与所述的ARM9处理器进行电性连接;所述的控制伺服控制模块与所述的FPGA处理器进行电性连接。
[0035] 迷宫读取模块将已经预设好的迷宫进行调出;坐标定位模用于提示微电脑鼠的位置以及位置参数设置等;在线输出模块用于提示微电脑鼠的工作状态;数据存储模块为一存储器;1/0控制模块包括RS-232串行接口、ICE端口等。所述的伺服控制模块进一步包括转换模块、编码器模块、电流模块、速度模块以及坐标模块。
[0036] 其中,所述的转换模块包括模拟数字转换器(ADC,Analog to DigitalConverter)及数字模拟转换器(DAC, Digital to Analog Converter);所述的编码器模块用于检测微电脑鼠实际转速,判断是否符合速度要求,是否过快或过慢,并发出控制信号。
[0037] 所述的电流模块与电池和控制器、转换模块连接。转换模块根据电池和控制器的电流,判断工作功率,并把功率状况反馈至电池,电流模块用于调整电池的供电功率达到微电脑鼠需要的范围。
[0038] 所述的速度模块与编码器模块通讯连接,当编码器模块检测微电脑鼠实际转速过快或过慢,速度模块根据编码器模块检测的结果来调节微电脑鼠实际转速。
[0039] 所述的坐标模块用于检测微电脑鼠的坐标位置,接到控制器发出的冲刺命令后,会沿着起点开始快速向终点冲刺。
[0040] 对于处理器单元为一双核处理器,把微电脑鼠放在迷宫起始点,在电源打开状态下,根据按键信息决定是自动搜索完成迷宫探索或者是调取储存的迷宫信息生成最优冲刺路径,然后微电脑鼠依靠前方、左右侧面蔽障传感器根据实际导航环境传输参数给处理器单元中的ARM9处理器,ARM9处理器处理后与FPGA处理器通讯,然后由FPGA处理器结合光电编码器和电流传感器的反馈生成控制四路直流电机的同步PWM波信号,并把处理数据通讯给ARM9处理器,由ARM9处理器继续处理后续的运行状态。
[0041] 结合以上描述,所述的ARM9处理器用于控制迷宫读取模块、坐标定位模块、在线输出模块、数据存储模块以及I/o控制模块,FPGA处理器用于控制伺服控制模块,这样就实现了 ARM9处理器与FPGA处理器的分工,把ARM9处理器从复杂的工作当中解脱出来,且ARM9处理器和FPGA处理器之间也可以进行通讯,实时进行数据交换和调用。
[0042] 本发明为克服单一的单片机不能满足基于双核四轮极速微电脑鼠连转冲刺系统的稳定性和快速性的要求,舍弃了基于双核四轮极速微电脑鼠连转冲刺系统所采用单一的单片机的工作模式,提供了基于ARM9处理器和FPGA处理器的全新控制模式。处理器单元以FPGA处理器为处理核心,实现四轴直流电机同步伺服数字信号的实时处理,把ARM9处理器从复杂的工作当中解脱出来,实现部分的信号处理算法和FPGA处理器的控制逻辑,并响应中断,实现数据通信和存储实时信号。
[0043] 在本实施例中,所述微电脑鼠I上设有六个红外传感器0PE5594A作为蔽障传感器3,每一个蔽障传感器3分别与所述处理器单元进行电性连接,将六个蔽障传感器3分别编号为S1、S2、S3、S4、S5、S6,其中,蔽障传感器SI和蔽障传感器S6的信号发射方向与所述车轮2的运动方向相同,蔽障传感器S2和蔽障传感器S5的信号发射方向相反且垂直于所述车轮2的运动方向,蔽障传感器S3和蔽障传感器S4与所述车轮2的运动方向的夹角为一般为45度。
[0044] 进一步的,所述微电脑鼠I包括电压传感器5和光电传感器4,所述电压传感器5和光电传感器4分别与所述处理器单元进行电性连接,所述电压传感器5编号为S8,所述光电传感器4编号为S7。
[0045] 再进一步的,所述的微电脑鼠I上还设有两片陀螺仪(图未视),所述的陀螺仪与所述的处理器单元进行电性连接。
[0046] 其具体功能实现如下:
1)在微电脑鼠打开电源瞬间,系统将会按照图7的方式完成冲刺,首先系统要完成初始化,然后等待按键信息,未接到按键信息命令之前,它一般会在起点坐标(0,O)等待控制器发出的冲刺命令,根据按键信息,本发明有多种冲刺方法:如果按下的是START(启动)键,说明系统要放弃以前的迷宫信息先进行搜索,然后搜索完成后生成优化的冲刺迷宫信息,微电脑鼠进入自动多次冲刺阶段;如果按下的是RESET (复位)+STRAT (启动)键,说明系统要调出已经探索后的最优迷宫,然后沿着起点开始快速向终点(7,7)、(7,8)、(8,7)、(8,8)冲刺;如果按下的是RESET (复位)+STRAT (启动)+SPEED (速度)键,说明系统要调出已经探索后的最优迷宫,然后沿着起点以设定的冲刺速度开始快速向终点(7,7)、(7,8)、(8,7)、(8,8)冲刺;
2)微电脑鼠放在起点坐标(0,0),接到任务后为了防止放错冲刺方向,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ARM9处理器发出中断请求,ARM9处理器会对中断做第一时间响应,如果ARM9处理器的中断响应没有来得及处理,微电脑鼠的电机X、电机Y、电机Z和电机R将继续自锁,然后二次判断迷宫确定前方信息,防止信息误判;如果没有挡墙进入前方的运动范围,微电脑鼠将进行正常的冲刺;
3)在微电脑启动冲刺瞬间,传感器S1、S2、S3、S4、S5、S6 (六个独立的红外发射管0PE5594A发出的红外光经接收器TSL262接受后转化为周围迷宫的信息)判断周围的环境并送给AIM9处理器,然后由ARM9处理器根据冲刺迷宫信息生成图6的S曲线图生成速度-时间运动图的指令给定值,这个图形包含的面积就是微电脑鼠两个电机X、电机Y、电机Z和电机R要运行的距离SI,然后ARM9处理器使能FPGA处理器并与FPGA处理器通讯,由FPGA处理器根据这些参数结合光电编码盘和电流传感器的反馈生成驱动四轴直流电机的PWM波与方向,PWM波经驱动桥后驱动四个独立电机,完成整个加速过程直到达到冲刺设定速度,并把处理数据通讯给ARM9处理器,由ARM9处理器继续处理后续的运行状态; 4)在微电脑鼠沿着Y轴向前运动如果有多个坐标没有挡墙进入前方的运动范围,系统将进入冲刺子程序1,微电脑鼠将存储其坐标(X,Y),为了快速冲刺需要,舍弃了传统单一速度冲刺模式,按照图6的速度和时间曲线进行加速和减速,并把向前运动Z格的位置参数传输给ARM9处理器,然后ARM9处理器把此参数按照各种冲刺条件不同的要求转化为速度参数以及加速度参数并使能FPGA处理器,然后把设定指令值传输给FPGA处理器,FPGA处理器会根据这些参数指令值并结合光电编码器和电流传感器的反馈生成驱动后轴电机X和电机Y的PWM波形和方向,控制后轴的电机X和电机Y向前运动快速,并时刻记录在迷宫移动的具体距离S,如果在快速冲刺运动过程中,出现打滑或者是灰尘较多的状况时,ARM9处理器会相应FPGA处理器内前驱的两个电机使能中断,ARM9处理器把剩余的距离转化为新的参考指令值传输给FPGA处理器,FPGA处理器会根据这些参数结合光电编码盘和电流传感器的反馈生成驱动前后左右四轮的PWM波形和方向,经驱动桥控制前后左右轮的电机X、电机Y、电机Z和电机R向前运动,当到达设定目标时,将更新其坐标为(X,Y+Z),在其向前运动过程到达既定目标时,在Y+Z〈 15的前提下,判断其坐标是不是(7,7)、(7,8)、(8,7)、(8,8)其中的一个,如果不是将继续更新其坐标,如果是的话通知控制器已经冲刺到目标,然后置返航探索标志为1,冲刺标志为O,微电脑鼠准备冲刺后的二次返程探索,去搜寻更优的迷宫路径;
5)在微电脑鼠沿着Y轴反向向前运动如果有多个坐标没有挡墙进入前方的运动范围,系统将进入冲刺子程序1,微电脑鼠将存储其坐标(X,Y),为了快速冲刺需要,舍弃了传统单一速度冲刺模式,按照图6的速度和时间曲线进行加速和减速,并把向前运动Z格的位置参数传输给ARM9处理器,然后ARM9处理器把此参数按照各种冲刺条件不同的要求转化为速度参数以及加速度参数并使能FPGA处理器,然后把设定指令值传输给FPGA处理器,FPGA处理器会根据这些参数指令值并结合光电编码器和电流传感器的反馈生成驱动后轴电机X和电机Y的PWM波形和方向,控制后轴的电机X和电机Y向前运动快速,并时刻记录在迷宫移动的具体距离S,如果在快速冲刺运动过程中,出现打滑或者是灰尘较多的状况时,ARM9处理器会相应FPGA处理器内前驱的两个电机使能中断,ARM9处理器把剩余的距离转化为新的参考指令值传输给FPGA处理器,FPGA处理器会根据这些参数结合光电编码盘和电流传感器的反馈生成驱动前后左右四轮的PWM波形和方向,经驱动桥控制前后左右轮的电机X、电机Y、电机Z和电机R向前运动,当到达设定目标时,将更新其坐标为(X,Y-Z),在其向前运动过程到达既定目标时,在Υ-Ζ>0的前提下,判断其坐标是不是(7,7)、(7,8)、(8,7)、(8,8)其中的一个,如果不是将继续更新其坐标,如果是的话通知控制器已经冲刺到目标,然后置返航探索标志为1,冲刺标志为O,微电脑鼠准备冲刺后的二次返程探索,去搜寻更优的迷宫路径;
6)在微电脑鼠沿着Y轴向前运动过程中如果有挡墙进入前方的运动范围,并且此时迷宫信息中左方有挡墙时,系统将进入冲刺子程序2,微电脑鼠将存储此时坐标(X,Y),然后进入图7所示的曲线运动轨迹,在右冲刺转弯时,ARM9处理器首先把行走直线很短的距离Leading按照各种冲刺条件不同的要求转化为速度参数以及加速度参数指令值,然后使能FPGA处理器,由FPGA处理器使能四个直流电机的中断请求,FPGA处理器根据这些参数并结合光电编码器和电流传感器的反馈生成驱动前后左右轮的PWM波形和方向,控制电机X、电机Y、电机Z和电机R向前快速运动;当到达既定目标时,传感器参考值R90_FrontWallRef开始工作,防止外界干扰开始做误差补偿,误差补偿结束后,ARM9处理器把行走的曲线轨迹R_Arcl和R_Arc3按照各种冲刺条件不同的要求转化为FPGA处理器的速度参数以及加速度参数指令值,FPGA处理器根据这些参数并结合光电编码器和电流传感器的反馈生成驱动前驱和后驱四轴电机的PWM波形和方向,然后控制前后左右四轮工作;当到达既定目标后,ARM9处理器把行走的曲线轨迹R_Arc2和R_Arc4按照各种冲刺条件不同的要求转化为FPGA处理器的速度参数以及加速度参数指令值,FPGA处理器根据这些参数并结合光电编码器和电流传感器的反馈生成驱动前驱和后驱四轴电机的PWM波形和方向,然后控制前后左右四轮工作;当到达既定目标后,陀螺仪控制微电脑鼠已经向右旋转90度,然后控制器把直线行走很短的距离Passing按按照各种冲刺条件不同的要求转化为FPGA处理器的速度参数以及加速度参数指令值,FPGA处理器根据这些参数并结合光电编码器和电流传感器的反馈生成驱动前驱和后驱四轴电机的PWM波形和方向,然后控制前后左右四轮工作;当到达既定目标后,完成整个右转弯的轨迹曲线运动,此时将更新其坐标为(X+1,Y),在X+l〈15的前提下,判断其坐标是不是(7,7)、(7,8)、(8,7)、(8,8)其中的一个,如果不是将继续更新其坐标,如果是的话通知控制器已经冲刺到目标,然后置返航探索标志为1,冲刺标志为0,微电脑鼠准备冲刺后的二次返程探索,去搜寻更优的迷宫路径;
7)在微电脑鼠沿着Y轴向前运动过程中如果有挡墙进入前方的运动范围,并且此时迷宫信息中右方有挡墙时,系统将进入冲刺子程序3,微电脑鼠将存储此时坐标(X,Y),然后进入图8所示的曲线运动轨迹,在左冲刺转弯时,ARM9处理器首先把行走直线很短的距离Leading按照各种冲刺条件不同的要求转化为速度参数以及加速度参数指令值,然后使能FPGA处理器,由FPGA处理器使能四个直流电机的中断请求,FPGA处理器根据这些参数并结合光电编码器和电流传感器的反馈生成驱动前后左右轮的PWM波形和方向,控制电机X、电机Y、电机Z和电机R向前快速运动;当到达既定目标时,传感器参考值L90_FrontWallRef开始工作,防止外界干扰开始做误差补偿,误差补偿结束后,ARM9处理器把行走的曲线轨迹L_Arcl和L_Arc3按照各种冲刺条件不同的要求转化为FPGA处理器的速度参数以及加速度参数指令值,FPGA处理器根据这些参数并结合光电编码器和电流传感器的反馈生成驱动前驱和后驱四轴电机的PWM波形和方向,然后控制前后左右四轮工作;当到达既定目标后,ARM9处理器把行走的曲线轨迹L_Arc2和L_Arc4按照各种冲刺条件不同的要求转化为FPGA处理器的速度参数以及加速度参数指令值,FPGA处理器根据这些参数并结合光电编码器和电流传感器的反馈生成驱动前驱和后驱四轴电机的PWM波形和方向,然后控制前后左右四轮工作;当到达既定目标后,陀螺仪控制微电脑鼠已经向左旋转90度,控制器把直线行走很短的距离Passing按按照各种冲刺条件不同的要求转化为FPGA处理器的速度参数以及加速度参数指令值,FPGA处理器根据这些参数并结合光电编码器和电流传感器的反馈生成驱动前驱和后驱四轴电机的PWM波形和方向,然后控制前后左右四轮工作;当到达既定目标后,完成整个右转弯的轨迹曲线运动,此时将更新其坐标为(X-1,Y),在X-1>0的前提下,判断其坐标是不是(7,7)、(7,8)、(8,7)、(8,8)其中的一个,如果不是将继续更新其坐标,如果是的话通知控制器已经冲刺到目标,然后置返航探索标志为1,冲刺标志为0,微电脑鼠准备冲刺后的二次返程探索,去搜寻更优的迷宫路径;
8)在微电脑鼠沿着X轴、Y轴向前运动过程中如果有类似图10的楼梯型迷宫挡墙进入前方的运动范围,系统将进入冲刺子程序4,微电脑鼠将存储此时坐标(X,Y),然后进入图11、图12所示的曲线运动轨迹,在一次右冲刺转弯时,ARM9处理器首先把行走直线很短的距离Leadingl按照不同的冲刺条件时间要求转化为速度参数以及加速度参数指令值,然后与FPGA处理器通讯,FPGA处理器结合电机X、电机Y、电机Z和电机R上的光电编码器和电流传感器的反馈经内部的伺服调节程序生成控制四轮的PWM波,然后通过驱动桥控制前后左右四轮以相同的加速度和速度直线前进;当到达既定目标时,把此时的迷宫坐标更新为(X+1,Y),传感器参考值R90_FrOntWallRef开始工作,防止外界干扰开始做误差补偿,误差补偿结束后,控制器会把曲线运动轨迹R_Arcl和R_Arc3按照不同的冲刺条件时间要求转化为速度参数以及加速度参数指令值,然后与FPGA处理器通讯,FPGA处理器结合电机X、电机Y、电机Z和电机R上的光电编码器和电流传感器的反馈经内部的伺服调节程序生成控制四轮的PWM波,,然后通过驱动桥控制前后左右轮的速度以恒定的比值转弯;当到达既定目标后,控制器会把曲线运动轨迹R_Arc2和R_Arc4按照不同的冲刺条件时间要求转化为速度参数以及加速度参数指令值,然后与FPGA处理器通讯,FPGA处理器结合电机X、电机Y、电机Z和电机R上的光电编码器和电流传感器的反馈经内部的伺服调节程序生成控制四轮的PWM波,然后通过驱动桥控制前后左右轮的速度以恒定的比值转弯;当到达既定目标后,陀螺仪控制微电脑鼠已经向右旋转90度,控制器把直线行走很短的距离Passingl+Leading2,按照不同的冲刺条件时间要求转化为速度参数以及加速度参数指令值,然后与FPGA处理器通讯,FPGA处理器结合电机X、电机Y、电机Z和电机R上的光电编码器和电流传感器的反馈经内部的伺服调节程序生成控制四轮的PWM波,然后通过驱动桥控制前后左右轮以相同的加速度和速度前进,当传感器S2的值产生有高电平到低电平的跃变时,更新微电脑鼠坐标为(X+1,Y-1),微电脑鼠继续以当前的速度和加速前进,当到达既定目标时,传感器参考值L90_FrOntWallRef开始工作,防止外界干扰开始做误差补偿,误差补偿结束后,控制器会把曲线运动轨迹L_Arcl和L_Arc3按照不同的冲刺条件时间要求转化为速度参数以及加速度参数指令值,然后与FPGA处理器通讯,FPGA处理器结合电机X、电机Y、电机Z和电机R上的光电编码器和电流传感器的反馈经内部的伺服调节程序生成控制四轮的PWM波,然后通过驱动桥控制前后左右轮的速度以恒定的比值转弯;当到达既定目标后,控制器会把曲线运动轨迹L_Arc2和L_Arc4按照不同的冲刺条件时间要求转化为速度参数以及加速度参数指令值,然后与FPGA处理器通讯,FPGA处理器结合电机X、电机Y、电机Z和电机R上的光电编码器和电流传感器的反馈经内部的伺服调节程序生成控制四轮的PWM波,然后通过驱动桥控制前后左右轮的速度以恒定的比值转弯;当到达既定目标后,陀螺仪控制微电脑鼠已经向左旋转90度,控制器把直线行走很短的距离Passing2+Leading3按照不同的冲刺条件时间要求转化为速度参数以及加速度参数指令值,然后与FPGA处理器通讯,FPGA处理器结合电机X、电机Y、电机Z和电机R上的光电编码器和电流传感器的反馈经内部的伺服调节程序生成控制四轮的PWM波,然后通过驱动桥控制左右轮以相同的加速度和速度前进,当传感器S5的值产生有高电平到低电平的跃变时,微电脑鼠完成一个楼梯的冲刺,更新微电脑鼠坐标为(X+2,Y-1),依此类推,当微电脑鼠完成Z格楼梯迷宫冲刺时,在Z格的坐标为(Χ+Ζ,Υ-Ζ),冲出Z格楼梯迷宫的坐标为(Χ+Ζ+1, Y-Z),在 Χ+Ζ+1>0 和 Υ-Ζ>0 的前提下,判断其坐标是不是(7,7)、(7,8)、(8,7)、(8,
8)其中的一个,如果不是将继续更新其坐标,如果是的话通知控制器已经冲刺到目标,然后置返航探索标志为1,冲刺标志为0,微电脑鼠准备冲刺后的二次返程探索,去搜寻更优的迷宫路径;
9)在微电脑鼠沿着X轴、Y轴向前运动过程中如果有类似图13的M型迷宫挡墙进入前方的运动范围,系统将进入冲刺子程序5,微电脑鼠将存储此时坐标(X,Y),然后进入图14、图15所示的曲线运动轨迹,在一次左冲刺转弯时,ARM9处理器首先把行走直线很短的距离Leadingl按照不同的冲刺条件时间要求转化为速度参数以及加速度参数指令值,然后与FPGA处理器通讯,FPGA处理器结合电机X、电机Y、电机Z和电机R上的光电编码器和电流传感器的反馈经内部的伺服调节程序生成控制四轮的PWM波,然后控制前后左右四轮以相同的加速度和速度直线前进;当到达既定目标时,把此时的迷宫坐标更新为(X+1,Y),传感器参考值L90_FrontWallRef开始工作,防止外界干扰开始做误差补偿,误差补偿结束后控制器会把曲线运动轨迹L_Arcl和L_Arc3按照不同的冲刺条件时间要求转化为速度参数以及加速度参数指令值,然后与FPGA处理器通讯,FPGA处理器结合电机X、电机Y、电机Z和电机R上的光电编码器和电流传感器的反馈经内部的伺服调节程序生成控制四轮的PWM波,然后控制四轮的速度以恒定的比值转弯;当到达既定目标后,控制器会把曲线运动轨迹L_Arc2和L_Arc4按照不同的冲刺条件时间要求转化为速度参数以及加速度参数指令值,然后与FPGA处理器通讯,FPGA处理器结合电机X、电机Y、电机Z和电机R上的光电编码器和电流传感器的反馈经内部的伺服调节程序生成控制四轮的PWM波,然后控制四轮的速度以恒定的比值转弯;当到达既定目标后,陀螺仪控制微电脑鼠已经向左旋转90度,控制器把直线行走很短的距离Passingl+Leading2,按照不同的冲刺条件时间要求转化为速度参数以及加速度参数指令值,然后与FPGA处理器通讯,FPGA处理器结合电机X、电机Y、电机Z和电机R上的光电编码器和电流传感器的反馈经内部的伺服调节程序生成控制四轮的PWM波,然后控制四轮以相同的加速度和速度前进,当传感器S5的值产生有高电平到低电平的跃变时,更新微电脑鼠坐标为(X+1,Y-1),微电脑鼠继续以当前的速度和加速前进,当到达既定目标时,传感器参考值R90_FrOntWallRef开始工作,防止外界干扰开始做误差补偿,误差补偿结束后控制器会把曲线运动轨迹R_Arcl和R_Arc3按照不同的冲刺条件时间要求转化为速度参数以及加速度参数指令值,然后与FPGA处理器通讯,FPGA处理器结合电机X、电机Y、电机Z和电机R上的光电编码器和电流传感器的反馈经内部的伺服调节程序生成控制四轮的PWM波,然后控制四轮的速度以恒定的比值转弯;当到达既定目标后,控制器会把曲线运动轨迹R_Arc2和R_Arc4按照不同的冲刺条件时间要求转化为速度参数以及加速度参数指令值,然后与FPGA处理器通讯,FPGA处理器结合电机X、电机Y、电机Z和电机R上的光电编码器和电流传感器的反馈经内部的伺服调节程序生成控制四轮的PWM波,然后控制四轮的速度以恒定的比值转弯;当到达既定目标后,陀螺仪控制微电脑鼠已经向右旋转90度,控制器把直线行走很短的距离PaSSing2+Leading3按照不同的冲刺条件时间要求转化为速度参数以及加速度参数指令值,然后与FPGA处理器通讯,FPGA处理器结合电机X、电机Y、电机Z和电机R上的光电编码器和电流传感器的反馈经内部的伺服调节程序生成控制四轮的PWM波,然后控制四轮以相同的加速度和速度前进,当传感器S5的值产生有高电平到低电平的跃变时,更新微电脑鼠坐标为(Χ+2,Υ_1),微电脑鼠继续以当前的速度和加速前进,当到达既定目标时,传感器参考值R90_FrOntWallRef开始工作,防止外界干扰开始做误差补偿,误差补偿结束后控制器会把曲线运动轨迹R_Arcl和R_Arc3按照不同的冲刺条件时间要求转化为速度参数以及加速度参数指令值然后与FPGA处理器通讯,FPGA处理器结合电机X、电机Y、电机Z和电机R上的光电编码器和电流传感器的反馈经内部的伺服调节程序生成控制四轮的PWM波,然后控制四轮的速度以恒定的比值转弯;当到达既定目标后,控制器会把曲线运动轨迹R_Arc2和R_Arc4按照不同的冲刺条件时间要求转化为速度参数以及加速度参数指令值,然后与FPGA处理器通讯,FPGA处理器结合电机X、电机Y、电机Z和电机R上的光电编码器和电流传感器的反馈经内部的伺服调节程序生成控制四轮的PWM波,然后控制四轮的速度以恒定的比值转弯;当到达既定目标后,陀螺仪控制微电脑鼠已经向右旋转90度,控制器把直线行走很短的距离Passing3+Leading4按照不同的冲刺条件时间要求转化为速度参数以及加速度参数指令值,然后与FPGA处理器通讯,FPGA处理器结合电机X、电机Y、电机Z和电机R上的光电编码器和电流传感器的反馈经内部的伺服调节程序生成控制四轮的PWM波,然后控制四轮以相同的加速度和速度前进,当传感器S2的值产生有高电平到低电平的跃变时,更新微电脑鼠坐标为(X+2,Y),微电脑鼠继续以当前的速度和加速前进,当到达既定目标时,传感器参考值L90_FrOntWallRef开始工作,防止外界干扰开始做误差补偿,误差补偿结束后控制器会把曲线运动轨迹L_Arcl和L_Arc3按照不同的冲刺条件时间要求转化为速度参数以及加速度参数指令值,然后与FPGA处理器通讯,FPGA处理器结合电机X、电机Y、电机Z和电机R上的光电编码器和电流传感器的反馈经内部的伺服调节程序生成控制四轮的PWM波,然后控制四轮的速度以恒定的比值转弯;当到达既定目标后,控制器会把曲线运动轨迹L_Arc2和L_Arc4按照不同的冲刺条件时间要求转化为速度参数以及加速度参数指令值,然后与FPGA处理器通讯,FPGA处理器结合电机X、电机Y、电机Z和电机R上的光电编码器和电流传感器的反馈经内部的伺服调节程序生成控制四轮的PWM波,然后控制四轮的速度以恒定的比值转弯;当到达既定目标后,陀螺仪控制微电脑鼠已经向左旋转90度,控制器把直线行走很短的距离Passing4+Leading5按照不同的冲刺条件时间要求转化为速度参数以及加速度参数指令值,然后与FPGA处理器通讯,FPGA处理器结合电机X、电机Y、电机Z和电机R上的光电编码器和电流传感器的反馈经内部的伺服调节程序生成控制四轮的PWM波,然后控制四轮以相同的加速度和速度前进,当传感器S5的值产生有高电平到低电平的跃变时,微电脑鼠完成一个M形的冲刺,更新微电脑鼠坐标为(X+3,Y),依次类推,微电脑鼠经过Z个M形后,更新微电脑鼠坐标为(X+2*Z+1,Y),判断其坐标是不是(7,7)、(7,8)、(8,7)、(8,8)其中的一个,如果不是将继续更新其坐标,如果是的话通知控制器已经冲刺到目标,然后置返航探索标志为1,冲刺标志为0,微电脑鼠准备冲刺后的二次返程探索,去搜寻更优的迷宫路径;
10)当微电脑鼠冲刺到达(7,7)、(7,8)、(8,7)、(8,8)后会准备冲刺后的返程探索以便搜寻更优的路径,ARM9处理器会调出其已经存储的迷宫信息,然后计算出可能存在的其它最佳路径,然后返程开始进入其中认为最优的一条,
11)在微电脑鼠进入迷宫返程探索时,其导航的传感器S1、S2、S3、S4、S5、S6将工作,并把反射回来的光电信号送给ARM9处理器,经ARM9处理器判断后送给FPGA处理器,由FPGA处理器运算后与ARM9处理器进行通讯,然后由控制器送控制信号给导航的电机X和电机Y进行确定: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,并时刻更新其坐标(X,Y),并判断其坐标是不是(0,0),如果是的话置返航探索标志为O,微电脑鼠进入冲刺阶段,并置冲刺标志为I ;
12)为了能够实现微电脑鼠准确的坐标计算功能,本发明在高速直流电机X、电机Y、电机Z和电机R轴上加入了 512线的光电编码器,时刻对小车运行的距离进行计算并根据迷宫挡墙和柱子对传感器反馈信息不同的特点引入了补偿,使得微电脑鼠的冲刺坐标计算不会出现错误;
13)为了能够减少光源对微电脑鼠冲刺的干扰,本发明加入了光电传感器S8,此传感器会在微电脑鼠冲刺阶段对周围的异常光源进行读取,并自动送给控制器做实时补偿,消除了外界光源对冲刺的干扰;
14)在微电脑鼠运行过程中,ARM9处理器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电脑鼠高速冲刺的影响;
15)当微电脑完成整个冲刺过程到达(7,7)、(7,8)、(8,7)、(8,8),微电脑鼠会置探索标志为I,微电脑鼠返程探索回到起始点(O,O ),ARM9 (S3C2440A )将控制FPGA处理器的四个中断响应,使得四个电机一起减速控制微电脑在起始坐标(O,O)中心点停车,然后重新调整FPGA处理器的四路PWM波输出,使得电机X和电机Z,电机Y和电机R以相反的方向运动,并在陀螺仪的控制下,原地旋转180度,然后停车I秒,二次调取迷宫信息,然后根据算法算出优化迷宫信息后的最优冲刺路径,然后置冲刺标志为1,系统进入二次快速冲刺阶段,然后按照冲刺——探索冲刺,完成多次的冲刺,以达到快速冲刺的目的。
[0047] 本发明基于双核四轮极速微电脑鼠连转冲刺系统具有的有益效果是:
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ARM9处理器+FPGA处理器的处理器单元时刻都在对微电脑鼠的运行状态进行监测和运算,避免了大电流的产生,并且时刻显示电池的S0C,有利于了解电池的能量状态,当电池能量状态较低时,可以在冲刺前提前换掉电池,从而减少了电池对高速冲刺的误干扰;
2:为了充分提高微电脑鼠系统快速冲刺时的稳定性和行驶能力,本发明采用四轮驱动结构,前置驱动和后置驱动的四个电机功率一致,四轮同步伺服运动均有FPGA处理器完成,微电脑鼠前后四个轮都有动力,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,以提高微电脑鼠的冲刺能力;
3:在正常条件冲刺时,微电脑鼠一般会采用释放前轮,采用后轮驱动冲刺的方式;而一旦遇到路面灰尘较多或驱动轮打滑的情况,ARM9处理器会自动检测并立即将微电脑鼠需求扭矩部分分配给前方两个驱动轮,系统自然切换到四轮驱动状态,增强了微电脑鼠冲刺时的附着力和操控性;
4:由于采用四轮驱动方式,当需要加速冲刺时,ARM9处理器把动力平均分配到四个电机,一旦一个动力轮离开地面,ARM9处理器可以重新分配扭矩,把更多的扭矩分配在不打滑的驱动轮上,使系统迅速脱离打滑状态,重新回到四轴动力平衡冲刺状态,使得微电脑鼠具有更好的直线冲刺能力;
5:微电脑鼠转向冲刺时,为了保证旋转的稳定性,采用四轮同控来实现转弯:前轮转弯半径比同侧的后轮要大,路程走得多,因此前轮的转速要比后轮快,四轮驱动的四个车轮走的路线完全是四段不同的圆弧,但是轨迹是一定的,由ARM9处理器结合转弯时间的要求根据轨迹的不同配合FPGA处理器生成四路PWM控制直流电机X、电机Y、电机Z和电机R,完成四轴同的伺服系统的同步控制;
6:四轮微电脑鼠系统在快速冲刺时如果设计不当造成重心前偏,将导致后侧驱动轮上承受的正压力减小,ARM9处理器会自动调整后侧的动力分配,使冲刺系统处于一种新的平衡状态,防止微电脑鼠冲刺时打滑;
7:四轮微电脑鼠系统在快速冲刺时如果设计不当造成重心侧偏,将导致一侧驱动轮上承受的正压力减小,ARM9处理器会自动调整这一侧的动力分配,使系统处于一种新的平衡状态,防止微电脑鼠冲刺时打滑;
8:由FPGA处理器处理微电脑鼠高速冲刺时的四只直流电机的同步伺服控制,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;
9:本发明基本实现全贴片元器件材料,实现了单板控制,不仅降低了微电脑鼠的体积,而且也降低了其重心,有利于其快速冲刺;
10:本发明加入了两片陀螺仪ADXRS300ABG,ADXRS300陀螺仪采用了 ADI公司的集成微电子机械系统(IMMS)专利工艺,带有集成信号调理的表面微机械角速度传感器比任何同功能的陀螺仪的尺寸小,功耗低,抗冲击和震动性好。一个陀螺仪的角速度可以按时间累计以便确定角坐标,这对于微电脑鼠连续旋转一定角度计算具有导航作用,可以实现两轮微电脑鼠的速度大小和方向的独立控制,有利于提高微电脑鼠冲刺时的稳定性和动态性能;另外一个陀螺仪来测量车轮转速,如果陀螺仪检测到车轮速度失控,控制器会使其回到控制状态;
11:为了提高运算速度和精度,本微电脑鼠采用国际上使用最多的红外发射器OPE5594A和红外接收器TSL262,并且对于前方的迷宫挡墙舍弃了国内单一传感器探测模式而采用双传感器探测,使得运算精度大大提高,有利于提高前方迷宫挡墙对高速冲刺时的导航作用;
12:由于本控制器采用FPGA处理器处理大量的数据与算法,并充分考虑了周围的干扰源,并把ARM9处理器从繁重的工作量中解脱出来,有效地防止了程序的“跑飞”,抗干扰能力大大增强;
13:在微电脑鼠快速冲刺过程中,ARM9处理器会对电机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电脑鼠快速冲刺的影响;
14:由于微电脑鼠的速度和方向独立控制,使得微电脑鼠更容易实现曲线轨迹的转动。
[0048] 15:由于具有存储功能,这使得微电脑鼠可以轻易调取已经探索好的迷宫信息,可以优化二次冲刺的路径,降低冲刺时间;
16:根据对接触扣分不同的冲刺要求,本文设计多种冲刺方法,完全满足现实需要;
17:由于采用自动冲刺方法,所以从根本上杜绝了接触扣分;但是一旦遇到冲刺失败时,由于具有存储迷宫信息的功能,所以可以轻易调取已经优化的冲刺迷宫信息,减少了探索的环节;
18:为了减少冲刺时间,对于楼梯型冲刺迷宫采用S转法,由于在冲刺阶段一直有传感器进行补偿,增加了冲刺的稳定性;
19:为了减少冲刺时间,对于M型迷宫采用U转法,由于在冲刺阶段一直有传感器进行补偿,增加了冲刺的稳定性;
20:对于多次连转由于采用综合考虑位置、速度和加速度参数,避免了单独转法的累计误差造成冲刺失败现象的发生; 21:采用S型加减速曲线在任何一点的加速度都是连续变化的,从而避免了微电脑鼠系统的柔性冲击,速度的平滑性很好,运动精度高。
[0049] 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。

Claims (10)

1.一种基于双核四轮极速微电脑鼠连转冲刺系统,其特征在于,包括处理器单元、第一控制器、第二控制器、第三控制器、第四控制器、电机X、电机Y、电机Z、电机R以及微电脑鼠机械装置,所述的处理器单元分别与第一控制器、第二控制器、第三控制器以及第四控制器进行电性连接,所述的第一控制器、第二控制器、第三控制器以及第四控制器分别对应与电机X、电机Y、电机Z以及电机R进行电性连接,所述的电机X、电机Y、电机Z以及电机R与微电脑鼠机械装置进行连接。
2.根据权利要求1所述的基于双核四轮极速微电脑鼠连转冲刺系统,其特征在于,所述的处理器单元为一双核处理器,包括ARM9处理器和FPGA处理器。
3.根据权利要求2所述的基于双核四轮极速微电脑鼠连转冲刺系统,其特征在于,所述的处理器单元还包括设于ARM9处理器和FPGA处理器的上位机系统和运动控制系统,所述的上位机系统包括迷宫读取模块、坐标定位模块以及在线输出模块,所述的运动控制系统包括伺服控制模块、数据存储模块以及I/O控制模块,其中,所述的迷宫读取模块、坐标定位模块、在线输出模块、数据存储模块以及I/O控制模块分别与所述的ARM9处理器进行电性连接。
4.根据权利要求3所述的基于双核四轮极速微电脑鼠连转冲刺系统,其特征在于,所述的伺服控制模块还包括转换模块、编码器模块、电流模块、速度模块以及坐标模块,所述的控制伺服控制模块与所述的FPGA处理器进行电性连接。
5.根据权利要求1所述的基于双核四轮极速微电脑鼠连转冲刺系统,其特征在于,所述的微电脑鼠连转冲刺系统还包括电池,所述的电池与所述的处理器单元进行电性连接。
6.根据权利要求5所述的基于双核四轮极速微电脑鼠连转冲刺系统,其特征在于,所述的电池为锂离子电池。
7.根据权利要求1所述的基于双核四轮极速微电脑鼠连转冲刺系统,其特征在于,所述的电机X、电机Y、电机Z和电机R均为高速永磁直流电机。
8.根据权利要求1所述的基于双核四轮极速微电脑鼠连转冲刺系统,其特征在于,所述的电机X、电机Y、电机Z和电机R的转轴上均设有光电编码器。
9.根据权利要求1所述的基于双核四轮极速微电脑鼠连转冲刺系统,其特征在于,所述的微电脑鼠机械装置上设有光电传感器、电压传感器以及六个屏蔽传感器,所述光电传感器、电压传感器以及屏蔽传感器分别与所述的处理器单元进行电性连接。
10.根据权利要求1所述的基于双核四轮极速微电脑鼠连转冲刺系统,其特征在于,所述的微电脑鼠机械装置上设有两片陀螺仪,所述的陀螺仪与所述的处理器单元进行电性连接。
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