CN105334853A - 双核高速四轮微微鼠冲刺控制器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了双核高速四轮微微鼠冲刺控制器，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冲刺时的打滑现象。

Description

双核高速四轮微微鼠冲刺控制器

技术领域

本发明涉及一种微微鼠（PICOMOUSE）的自动控制系统，属于微型迷宫机器人领域。

背景技术

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，在国外已经竞赛了将近30年，其常采用两轮结构，两轮微电脑鼠二维结构如图1所示。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，图2中便是微电脑鼠求解的迷宫中的一种。

随着微电子技术、计算机控制技术的不断进步，国外专家在微电脑鼠求解迷宫的技术基础之上提出了一种更具有挑战性的迷宫机器人---微微鼠，为了增强迷宫复杂程度以及求解迷宫的难度，迷宫挡墙由原有的180mm变成了90mm，原有的迷宫由16*16格变成了32*32格，新的迷宫二维结构如图3所示。电源一旦打开，微微鼠全程完全依靠自身携带的传感器自动导航，并求解由1024个迷宫格组成的各种复杂迷宫，能够快速从起点找到一条到达设定目标点的最佳路径，然后以最快的速度冲刺到终点。作为一种自助导航智能机器人，因为通过无线装置可以向控制器输入迷宫信息，微微鼠或者微电脑鼠比赛国际准则拒绝使用无线装置，为了能够得到微微鼠或者是微电脑鼠探索、冲刺后的信息，只能通过算法快速寄存并储存其行走信息，当完成任务后通过控制器的232串口或者是USB等接口读取存储信息。

微微鼠在迷宫冲刺过程中要时刻判断周围的环境，然后传输参数到控制器，由控制器反复控制其在迷宫方格中精确的加速和减速进行运动。一只优秀的微微鼠必须具备良好的感知能力，有良好的行走能力，优秀的智能算法，否则将无法完成冲刺任务。微微鼠迷宫冲刺技术综合了多学科知识，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，并且微微鼠迷宫冲刺技术的开展可以培养大批相关领域的人才，进而促进相关领域的技术发展和产业化进程。

微微鼠求解迷宫是国际新兴的一门技术，由于微微鼠迷宫冲刺技术的难度较高以及迷宫设计的复杂性，导致国内还没有研发此机器人的单位。如果认为微微鼠只是微电脑鼠的简单拷贝，按照微电脑鼠技术来设计微微鼠，在实践中发现设计出的微微鼠存在下列问题：

1、由于求解迷宫数目的大量增加，原有的微电脑鼠求解迷宫技术无法用于微微鼠求解现有的复杂迷宫，无法为高速冲刺控制器提供一条最佳冲刺路径。

、由于微微鼠的尺寸相较于微电脑鼠的尺寸大幅减少，如果微微鼠采用图1中微电脑鼠的六组传感器技术探测迷宫，经常出现传感器相互干扰的状况，导致微微鼠在高速冲刺时读取和更新迷宫信息失败。

、基于轮式的微微鼠只能被动的适应迷宫地面的打滑程度，随着微微鼠速度的提高，其打滑概率也极大增加，导致求解迷宫失败。

、由于微电脑鼠伺服系统采用的都是比较低级的算法，如果直接将这些算法套用在微微鼠上，使得微微鼠在迷宫当中冲刺一般都要花费较长的时间，这使得在真正的大赛中无法取胜。

、由于迷宫挡墙尺寸的减少，使得微微鼠相较于微电脑鼠单格运行的距离减少，微微鼠在高速冲刺过程中的频繁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微微鼠快速冲刺启动和停车的要求。

、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，特别是直线加速冲刺导航时，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，将现有的微电脑鼠直接用于微微鼠容易导致微微鼠出现撞墙的现象发生。

、对于两轮驱动的微电脑鼠来说一般要求驱动其运动的两个电机PWM控制信号要同步，受计算能力的限制单一单片机伺服系统很难满足这一条件，因此直接将单一单片机伺服技术套用在微微鼠上，微微鼠在直道上冲刺时很难准确行走在中线上，在高速冲刺时很容易撞到左右迷宫挡墙，导致冲刺任务失败。

、两轮驱动系统在加速时由于重心后移，使得前部轻飘，即使在良好的路面上微微鼠也会打滑，有可能导致撞墙的现象出现，不利于高速微微鼠冲刺的发展。

、两轮如果设计不当会造成重心前偏或重心侧偏，重心前偏正常行驶时将导致驱动轮上承受的正压力减小，使得运动时更加容易打滑、也更容易走偏，导致导航失败。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。

、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，不利于微型化发展和系统能源的节省。

、微电脑鼠采用的都是一些体积比较大的插件元器件，直接将这些用于微微鼠的设计使得微微鼠的体积和重量相对都比较大，无法满足快速冲刺的要求。

、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，引起微微鼠失控，抗干扰能力较差。

、在运行过程中，一旦遇到撞墙情况都会发生电机堵转情况，造成电机瞬间电流过大，严重时烧坏电机。

发明内容

本发明的目的是解决的借助现有的先进控制技术以及先进控制芯片提供一种双核高速四轮微微鼠冲刺控制器，解决现有技术中的诸多问题问题。

本发明采用的技术方案是：

双核高速四轮微微鼠冲刺控制器，包括主板，还包括电池、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、STM32F407处理器和FPGA芯片，它们均安装在主板上；

所述STM32F407处理器电性连接FPGA芯片，所述电池、第一传感器S1、第二传感器S2、第三传感器S5、第四传感器S6、三轴陀螺仪G1和三轴加速度计A1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S1、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、其中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、信号发射方向与车轮行进方向间有一定夹角的两个传感器的探测区域与主板设有车轮的侧面的延长面相交且探测区域能够绕开发射方向与车轮行进方向相同的传感器所在位置，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一一对应、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一一对应构成中驱加后驱的复合结构；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S1、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。

由于微微鼠体积的大幅度降低，如果还是采用如图1所示微电脑鼠的结构、传感器2和3间以及传感器4和5间经常产生相互干扰，同时由于每组传感器采集迷宫挡墙参数都需要一定的时间，加重了采样周期，导致采样频率降低，延长了处理器STM32F407的处理时间。因此想到进行改进，如图4所示，传感器S1、传感器S6共同作用判断前方挡墙，传感器S2判断其左边挡墙的存在，传感器S5判断其右边挡墙的存在，同时传感器S2和传感器S5合作为微微鼠直线运动提供导航依据。为了使用智能算法计算迷宫挡墙信息，在使用前可以对微微鼠进行校正，校正时微微鼠放在迷宫不同设定位置，传感器S1、传感器S2、传感器S5和传感器S6发出的信号经侧挡墙反馈后分别被传感器S1、传感器S2、传感器S5和传感器S6接收（在传感器S1、传感器S2、传感器S5和传感器S6均包括红外发射传感器OPE5594A和红外接收器TSL262的情况下，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的红外发射传感器OPE5594A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），接收值经控制器计算后作为当前位置的设定阀值，然后微微鼠使用时在行走过程中通过与这些阀值比较得到其迷宫信息。

为了进一步提高四轮微微鼠在迷宫中冲刺时的稳定性，本发明在微微鼠伺服硬件系统中加入了三轴陀螺仪G1和三轴加速度计A1，控制器舍弃了原有只在转弯时才开启陀螺仪的模式。在微微鼠行走迷宫期间全程开启陀螺仪和加速度计，三轴陀螺仪G1用来测量微微鼠三个转动方向运动，三轴加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G1短时测量准确的优势和加速度计A1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，提高了其快速行走时的稳定性。

为了进一步提高微微鼠在迷宫冲刺时的稳定性，防止微微鼠在高速冲刺时打滑导致微微鼠迷宫信息错误，本发明在两轮微微鼠冲刺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，并且随着微微鼠冲刺速度的增加，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冲刺时时因地面打滑造成的冲刺失败现象的再次发生。

作为本发明的进一步改进：所述第一传感器S1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产生累计误差以使冲刺失败。

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设置在主板后端的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。

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。

作为本发明的进一步改进：所述主板上还设置有与STM32F407处理器信号连接的电压感应器V1、第一电流传感器C1、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，第一电流传感器C1、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一一对应。

把外界环境转化后向FPGA发送位置、速度、加速度等指令值，FPGA将指令值再结合光电编码器、第一电流传感器C1、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的反馈生成四轴伺服系统的偏差信号，以FPGA为处理核心来产生四轴伺服系统PWM波，经驱动桥放大后驱动微微鼠快速前进。采用这种方式STM32F407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的控制逻辑，并响应中断，实现数据通信和存储实时信号。

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OPE5594A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OPE5594A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。

双核高速四轮微微鼠冲刺控制器的控制方法的实施例：包括以下步骤：

1、冲刺准备：将微微鼠放置在迷宫起点，打开电源开关瞬间STM32F407处理器会对检测电池电源，如果低压、电压感应器V1将工作并提示报警信号提示充电，如果电压正常，微微鼠等待处理器发出的冲刺命令并调出已经探索后的最优迷宫；

2、当接收到冲刺命令后，当接收到冲刺命令后，第一传感器S1和第四传感器S6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STM32F407处理器发出中断请求，STM32F407处理器会对中断做第一时间响应，然后禁止控制第一电机X、第二电机Y、第三电机R和第四电机Z的FPGA芯片工作，封锁第一电机X、第二电机Y、第三电机R和第四电机Z的PWM驱动信号，使其静止在原地，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，微微鼠将开启复位电路，调取正常的迷宫信息，准备进行正常的冲刺；

3、冲刺控制：当接收微微鼠冲刺的瞬间，开启第五电机M、三轴陀螺仪G1、三轴加速度计A1和真空装置，真空装置使微微鼠对地面具有一定的吸附力，三轴陀螺仪G1、三轴加速度计A1对微微鼠行走方向进行辅助校正避免了微微鼠冲刺时偏离中心位置现象的发生，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C1、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，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，完成整个加速过程直到达到冲刺设定速度，STM32F407处理器实时检测三轴陀螺仪G1、三轴加速度计A1以及第一电机X、第二电机Y、第三电机R、第四电机Z，根据微微鼠速度对真空装置的吸附力进行调整；

4、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，然后四片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A1会时刻记录已经移动的距离并输送给STM32F407处理器；

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，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，如果是的话通知处理器已经冲刺到目标，然后设置返航探索标志，微微鼠准备返程探索。

作为发明的进一步改进，在微微鼠进入迷宫返程探索时，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将工作，并把反射回来的光电信号送给STM32F407处理器、处理器判断后送给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，处理器时刻更新其坐标并判断其坐标是不是起点；

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：转入前行驶一段的直线距离，转入时按照一定弧度进行两段转向，转出后行驶一段直线距离；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C1、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PWM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中的两个或四个实现转向。

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，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，从而减少了电池对高速冲刺的误干扰。

、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。

、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，以提高微微鼠的冲刺能力。

、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，为了节省能量，微微鼠一般会采用释放后轮，采用中置轮驱动的方式；而一旦遇到需要高速冲刺、路面灰尘较多或微微鼠的轮子失速时等情况，STM32407会自动检测并立即将微微鼠需求扭矩分配给后置两个助力驱动轮，同时控制器改变电机M的伺服控制，微微鼠系统自然切换到四轮驱动状态，增强了微微鼠的附着力和操控性。

、由于采用中驱+后驱的复合四轮驱动方式，当需要加速冲刺时，把动力分配到四个电机，一旦一个动力轮由于地面、机械结构等造成暂时离开地面，STM32407可以重新分配扭矩，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，重新回到四轴动力平衡状态，使得微微鼠具有更好的直线冲刺能力。

、微微鼠转向时，为了保证旋转的稳定性，采用中置的两驱动轮实现转弯，并释放后置的两助力驱动轮；

7、四轮微微鼠系统在正常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，STM32407会自动调整后侧的动力分配，使系统处于一种新的平衡状态，防止微微鼠打滑。

、四轮微微鼠系统在正常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，STM32407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，防止微微鼠打滑。

、在微微鼠冲刺过程中，控制器实时对其冲刺速度、地面等状况进行检测，并通过调节电机M的伺服控制来有效调节真空装置对地面的吸附力，增加了微微鼠与地面的摩擦系数，彻底消除了微微鼠在冲刺时打滑现象的发生。

、在此微微鼠系统引入了陀螺仪G1和加速度计A1，可以精确测量出微微鼠时候的动态参数，并实现微微鼠的速度大小和方向的独立控制，实现全程导航和二次补偿，有利于提高微微鼠的稳定性和动态性能。

、由FPGA处理微微鼠的五只直流电机的独立伺服控制，充分发挥FPGA控制方面的特长以及程序移植功能，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。

、由于本控制器采用FPGA处理大量的数据与算法，把STM32F407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。

、由FPGA输出PWM调制信号和方向信号，通过驱动电路可以直接五轴驱动直流电机，不仅减轻了STM32F407的负担，简化了接口电路，而且省去了STM32F407内部编写位置、速度控制程序，以及各种PID算法的麻烦，使得系统的调试简单。

、在微微鼠运行过程中，STM32F407会对第一电机X、第二电机Y、第三电机R和第四电机Z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微鼠快速冲刺的影响。

、在控制算法中，STM32F4079可以根据第一传感器S1、第二传感器S2、第三传感器S5和第四传感器S6的采集值与预设值之间的偏差大小自动调整FPGA内部的PID参数，轻松实现分段P、PD、PID控制和非线性PID控制，使系统具有一定的自适应。

、FPGA的中断命令可以很好的解决微微鼠在运行过程中遇到撞墙情况发生的电机堵转，利用中断命令可在输出超出设定值时STM32F407立即停止输出并发出中断指令，从而有效地解决了堵转问题。

、本发明基本实现全贴片元器件材料，不仅节省了控制板占用空间，而且有利于体积和重量的减轻，有利于提高微微鼠的稳定性和动态性能。

附图说明

图1为二轮驱动微电脑鼠二维图。

图2为微电脑鼠16*16迷宫示意图。

图3为微微鼠32*32迷宫示意图。

图4为四眼微微鼠二维原理图。

图5为本发明的原理框图。

图6为四轮微微鼠冲刺控制器程序框图。

图7为微微鼠速度-时间梯形图。

图8为微微鼠正向直线冲刺示意图。

图9为微微鼠反向直线冲刺示意图。

图10为微微鼠右转冲刺示意图。

图11为微微鼠左转冲刺意义图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明做进一步的说明。

为了便于解释，微微鼠中部指的是微微鼠中线处、微微鼠后部指的是远离第一传感器S1、第二传感器S2、第三传感器S5和第四传感器S6的微微鼠一侧，具体位置参照附图。微微鼠下表面指的是与设有电池、第一传感器S1、第二传感器S2、第三传感器S5、第四传感器S6等所在的面相反的面。第一电机X、第二电机Y、第三电机R、第四电机Z分别与X轮、Y轮、R轮、Z轮对应，X轮和Z轮位于微微鼠右侧、Y轮和R轮位于微微鼠的左侧，X轮和Y轮位于微微鼠中部、R轮和Z轮位于微微鼠后部。第五电机M指的是与真空装置对应的电机，电机X、电机Y、电机R、电机Z和电机M分别为第一电机X、第二电机Y和第三电机M的简写，传感器S1、传感器S2、传感器S5和传感器S6分别为第一传感器S1、第二传感器S2、第三传感器S5和第四传感器S6的简写。电流传感器C1、电流传感器C2、电流传感器C3和电流传感器C4分别为第一电流传感器C1、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简写。X轴和Y轴指的是图中3中所示的X轴和Y轴，为了方便描述，给出了具体的起点坐标和终点坐标，例如起点坐标（0，0），例如终点坐标（F，F）、（F，10）、（10，F）、（10，10），在实际应用中可能会发生改变。单墙导航模式指的时微微鼠两侧只有其中一侧有挡墙时进入的模式，单墙导航模式分为左单墙导航模式和右单墙导航模式；双墙导航模式指的时微微鼠两侧均有挡墙时进入的模式。这些定义仅为了本领域技术人员能够理解本申请内容，不应视为对保护范围或使用方法的限定。

本发明为克服单一单片机不能满足微微鼠行走的稳定性和快速性的要求，舍弃了国产微微鼠所采用的单一单片机工作模式，在吸收国外先进控制思想的前提下，自主发明了基于STM32F407+FPGA的全新控制模式，形成基于STM32F407+FPGA的全新五轴直流伺服控制器，此控制器充分考虑电池在这个系统的作用，控制板以FPGA为处理核心，以光电编码器、电流传感器为反馈元件来构成五轴直流电机同步伺服系统，来完成微微鼠五轴位置环、速度环、电流环的三闭环调节功能，从而把控制系统中工作量最大的五轴直流电机同步伺服系统（四轴微微鼠行走伺服系统+单轴真空抽吸电机伺服控制）由FPGA处理，充分发挥FPGA数据处理速度较快的特点，而人机界面、迷宫探知、迷宫存储、加速度、速度和位置数据存储、I/O控制等功能交给STM32F407完成，这样就实现了STM32F407与FPGA的分工，STM32F407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的控制逻辑，并响应中断，同时二者之间也可以进行通讯，实时进行数据交换和调用。

参照附图，本申请具体的功能实现如下：

1）在微微鼠未接到冲刺命令之前，开电后控制器会检测一下电池电源，如果低压将报警提示充电。如果电压正常一般会在起点坐标（0，0）等待控制器发出的冲刺命令，并调出已经探索后的最优迷宫。控制器首先开启电机M，通过真空装置先对微型真空吸盘抽吸，使真空吸盘对地面具有一定的吸附力，控制器并实时检测，如果地面不干净，系统会自动调节电机M加大真空吸盘对地面的吸附力，增加微微鼠冲刺时与地面的摩擦系数。一旦接到冲刺命令后，微微鼠会沿着最佳路径从起点开始快速冲向终点（F，F）、（F，10）、（10，F）、（10，10）。

）微微鼠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STM32F407发出中断请求，STM32F407会对中断做第一时间响应，然后禁止FPGA工作，封锁微微鼠的电机X、电机Y、电机Z和电机R的PWM驱动信号，使其静止在原地，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，微微鼠将开启复位电路，调取正常的迷宫信息，准备进行正常的冲刺。

）在微微启动冲刺瞬间，传感器S1、S2、S5、S6（四个独立的红外发射管OPE5594A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STM32F407，然后由STM32F407根据冲刺迷宫信息生成速度-时间运动梯形图的指令给定值，这个梯形包含的面积就是微微鼠两个电机X、电机Y、电机Z和电机R要运行的距离S1。然后STM32F407使能FPGA，由FPGA根据这些参数再结合光电编码器和电流传感器C1~C4的反馈生成驱动四轴直流电机的PWM波。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，控制器实时对微微鼠行走速度、地面等状况进行检测，并通过调节电机M的伺服控制来有效调节真空吸盘对地面的吸附力，增加了微微鼠与地面的摩擦系数。陀螺仪G1和加速度计A1实时测量微微鼠的瞬时运动加速度、速度和位置并传送给控制器，当微微鼠快速冲刺脱离了设定中心位置时，在新的采样周期，控制器根据离开中心位置的偏差借助陀螺仪和加速度计开始进行实时补偿，微调电机的PWM波输入，通过此方式可以精确调整冲刺时微微鼠的姿态和位置，使其重新回到设定中心位置（下述实时补偿同理，可以参照这一过程，不再赘述）。

）在微微鼠沿着Y轴正向向前快速冲刺过程中（图8）或反向向前快速冲刺过程中（图9）如果迷宫信息中显示前方有Z格直线坐标下没有挡墙进入前方的运动范围，微微鼠将存储其现在的坐标（X,Y），处理器把向前运动Z格的位置参数传递给STM32F407，然后STM32F407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与FPGA通讯，FPGA再结合光电编码器、电流传感器C1~C4的反馈生成驱动四轴直流电机的PWM波，PWM波经驱动桥放大后驱动四个独立电机X、电机Y、电机Z、电机R向前运动，电机X、电机Y、电机Z、电机R的光电编码器和陀螺仪G1、加速度计A1会时刻记录已经移动的距离并输送给控制器；在冲刺过程中，传感器S2和S5会对左右的挡墙进行判断，并记录储存当前迷宫挡墙信息，微微鼠根据前进方向左右挡墙的迷宫信息进入单墙导航模式、双墙导航模式还是惯性导航模式；当微微鼠在陀螺仪的控制下运动Z格距离到达新地址时，控制器将更新其坐标为（X,Y+Z）或（X,Y-Z），在Y+Z<1F的前提下或Y-Z<1F的前提下，判断其坐标是不是（F，F）、（F，10）、（10，F）、（10，10）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，微微鼠准备返程探索。

）在微微鼠沿着Y轴向前运动过程中如果有迷宫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而右方无挡墙时或左方无挡墙而右方有挡墙时，微微鼠将存储此时坐标（X,Y），然后进入图10或图11所示的曲线运动轨迹：为了使转弯更加平稳，系统采用四段法来实现转弯：冲刺前校正距离（附图标记为Leading），弧度转弯（附图标记为ARC1），弧度转弯（附图标记为ARC2），冲刺后校正距离（附图标记为Passing）。

在右冲刺转弯时或左冲刺转弯时，STM32F407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然后与FPGA通讯，并把此设定指令值传输给FPGA，FPGA根据这些参数再结合光电编码器和电流传感器C1~C4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；在微微鼠沿着当前迷宫格向前冲刺过程中，控制器实时根据外围传感器通过调节电机M的伺服控制来有效调节真空吸盘对地面的吸附能力，传感器S2会对左挡墙进行判断或传感器S5会对右挡墙进行判断，并记录储存当前迷宫挡墙信息，微微鼠根据前进方向左挡墙的迷宫信息进入单墙导航模式；当到达既定目标时，传感器参考值R90_FrontWallRef或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，为了顺利转弯，控制器禁止FPGA后驱两轮的PWM输出，系统切换到两轮中置驱动状态。

首先把弧度ARC1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传输给FPGA，FPGA再结合光电编码器以及电流传感器C1、C2的反馈生成驱动直流电机运动的PWM波，PWM波通过驱动桥放大后推动微微鼠完成转弯冲刺。在微微鼠转弯冲刺过程中，传感器S1、S2、S5、S6关闭，系统进入陀螺仪惯性导航模式。在微微鼠快速转弯冲刺过程中，两轴伺服系统根据需要进行实时补偿来调整微微鼠的姿态，使其完成弧度ARC1；

然后STM32F407把弧度ARC2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传输给FPGA，FPGA再结合光电编码器以及电流传感器C1、C2的反馈生成驱动直流电机运动的PWM波，PWM波通过驱动桥放大后推动微微鼠完成转弯冲刺。微微鼠依旧使用陀螺仪惯性导航模式。在微微鼠快速转弯冲刺过程中，两轴伺服系统根据需要进行实时补偿来调整微微鼠的姿态，使其完成弧度ARC2；

当到达既定目标后，系统开启传感器S2，控制器把直线行走很短的距离Passing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传输给FPGA，FPGA再结合光电编码器以及电流传感器C1~C4的反馈生成驱动四轴直流电机运动的PWM波，PWM波通过驱动桥放大后推动微微鼠向前冲刺。在微微鼠向前冲刺过程中，控制器实时根据外围传感器通过调节电机M的伺服控制来有效调节真空吸盘对地面的吸附能力，传感器S2对左迷宫挡墙进行检测，并记录储存当前迷宫挡墙信息，微微鼠根据左挡墙的迷宫信息确定其进入单墙导航模式。在微微鼠快速冲刺过程中，四轴伺服系统根据需要进行实时补偿来调整微微鼠的姿态，使其重新回到设定中心位置。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）或（X-1,Y），在X+1<1F的前提下或在X-1<1F的前提下，判断其坐标是不是（F，F）、（F，10）、（10，F）、（10，10）其中的一个，如果不是将继续执行新的冲刺命令，如果是则通知控制器已经冲刺到终点，然后置返航探索标志为1，微微鼠准备返程探索。

）当微微鼠冲刺到达（F，F）、（F，10）、（10，F）、（10，10）后会准备冲刺后的返程探索以便搜寻更优的路径，控制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。

）在微微鼠进入迷宫返程探索时，其导航的传感器S1、S2、S5、S6将工作，并把反射回来的光电信号送给STM32F407，经STM32F407判断后送给FPGA，由FPGA运算后与STM32F407进行通讯，然后由控制器送控制信号给导航的电机X、电机Y、电机Z和电机R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的伺服控制，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0，微微鼠进入冲刺阶段，并置冲刺标志为1。

）为了能够实现微微鼠在冲刺时准确的坐标计算，微微鼠左右的传感器S2和S5会时刻对周围的迷宫挡墙和柱子进行探测，如果S2或者S5发现传感器信号发生了较大数值的跃变，则说明微微鼠进入了从有迷宫挡墙到无迷宫挡墙（或者是从无迷宫挡墙到有迷宫挡墙）状态的变化，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冲刺时已经累计的误差。

）在微微鼠冲刺过程中，STM32F407会对直流电机的转矩进行在线辨识，当电机的转矩收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微鼠快速冲刺的影响。

）当微微鼠完成整个冲刺过程到达（F，F）、（F，10）、（10，F）、（10，10），微微鼠会置探索标志为1，微微鼠返程探索回到起始点（0，0），STM32F407将控制FPGA的PWM波输出使得微微鼠在起始点中心点停车，然后重新调整FPGA的PWM波输出，使得电机X和电机Y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1秒，二次调取迷宫信息，然后根据改进蚁群算法（Improvedantcolonyalgorithm）求解最优冲刺路径，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。

本领域技术人员应当知晓，本发明的保护方案不仅限于上述的实施例，还可以在上述实施例的基础上进行各种排列组合与变换，例如在主板上设置补偿传感器L1，微微鼠整个运动过程中，补偿传感器L1会时刻对外界干扰光源进行采集，然后传输给STM32F407，STM32F407根据补偿传感器L1传输的数据自动补偿外界干扰，减少了外界干扰光源对系统的干扰。例如电池为锂电子电池。总之在不违背本发明精神的前提下，对本发明进行的各种变换均落在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.双核高速四轮微微鼠冲刺控制器，包括主板，其特征在于：还包括电池、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、STM32F407处理器和FPGA芯片，它们均安装在主板上；

所述STM32F407处理器电性连接FPGA芯片，所述电池、第一传感器（S1）、第二传感器（S2）、第三传感器（S5）、第四传感器（S6）、三轴陀螺仪（G1）和三轴加速度计（A1）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（S1）、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、其中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、信号发射方向与车轮行进方向间有一定夹角的两个传感器的探测区域与主板设有车轮的侧面的延长面相交且探测区域能够绕开发射方向与车轮行进方向相同的传感器所在位置，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一一对应、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一一对应构成中驱加后驱的复合结构；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（S1）、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冲刺控制器，其特征在于：所述第一传感器（S1）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冲刺控制器，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设置在主板后端的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冲刺控制器，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冲刺控制器，其特征在于：所述主板上还设置有与STM32F407处理器信号连接的电压传感器（V1）、第一电流传感器（C1）、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），第一电流传感器（C1）、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一一对应。

6.根据权利要求1所述双核高速四轮微微鼠冲刺控制器，其特征在于：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OPE5594A和红外接收器TSL262。

7.一种双核高速四轮微微鼠冲刺控制器的控制方法，其特征在于包括以下步骤：

1）冲刺准备：将微微鼠放置在迷宫起点，打开电源开关瞬间STM32F407处理器会对检测电池电源，如果低压、电压感应器（V1）将工作并提示报警信号提示充电，如果电压正常，微微鼠等待处理器发出的冲刺命令并调出已经探索后的最优迷宫；

2）冲刺方向判别：当接收到冲刺命令后，第一传感器（S1）和第四传感器（S6）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STM32F407处理器发出中断请求，STM32F407处理器会对中断做第一时间响应，然后禁止控制第一电机（X）、第二电机（Y）、第三电机（R）和第四电机（Z）的FPGA芯片工作，封锁第一电机（X）、第二电机（Y）、第三电机（R）和第四电机（Z）的PWM驱动信号，使其静止在原地，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，微微鼠将开启复位电路，调取正常的迷宫信息，准备进行正常的冲刺；

3）冲刺控制：当接收微微鼠冲刺的瞬间，开启第五电机（M）、三轴陀螺仪（G1）、三轴加速度计（A1）和真空装置，真空装置使微微鼠对地面具有一定的吸附力，三轴陀螺仪（G1）、三轴加速度计（A1）对微微鼠行走方向进行辅助校正避免了微微鼠冲刺时偏离中心位置现象的发生，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（C1）、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，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，完成整个加速过程直到达到冲刺设定速度，STM32F407处理器实时检测三轴陀螺仪（G1）、三轴加速度计（A1）以及第一电机（X）、第二电机（Y）、第三电机（R）、第四电机（Z），根据微微鼠速度对真空装置的吸附力进行调整；

4）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，然后四片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A1会时刻记录已经移动的距离并输送给STM32F407处理器；

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，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，如果是的话通知处理器已经冲刺到目标，然后设置返航探索标志，微微鼠准备返程探索。

8.根据权利要求7所述的一种STM32F407和FPGA四轮微微鼠快速冲刺控制器的控制方法，其特征在于：

返程探索过程如下：在微微鼠进入迷宫返程探索时，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）将工作，并把反射回来的光电信号送给STM32F407处理器、处理器判断后送给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，处理器时刻更新其坐标并判断其坐标是不是起点；

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：转入前行驶一段的直线距离，转入时按照一定弧度进行两段转向，转出后行驶一段直线距离；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（C1）、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PWM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）中的两个或四个实现转向。