CN203643841U - 一种基于arm9两轮微电脑鼠快速对角线冲刺系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于ARM9两轮微电脑鼠快速对角线冲刺系统，包括：电池装置、按键装置、传感器装置、单核全数字最小硬件伺服单元、左、右电机驱动单元、陀螺仪、左、右电机；所述单核全数字最小硬件伺服单元中通过运动控制器ARM9实现参数转化、多轴PWM波生成，然后与快速驱动控制器L298N和位于左右电机上的光电编码器和电流传感器之间电性连接。通过上述方式，本实用新型能够提供一种用于两轮微电脑鼠的全数字化快速对角线冲刺系统，通过前方导航传感器和对角线传感器相互配合实现微电脑鼠在复杂迷宫中的对角线快速冲刺，减少微电脑鼠冲刺时间。

Description

一种基于ARM9两轮微电脑鼠快速对角线冲刺系统

技术领域

本实用新型涉及一中微电脑鼠冲刺控制系统，特别是涉及一种基于ARM9两轮微电脑鼠快速对角线冲刺系统。 

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，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。 

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；

日本：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，由于国内研发此机器人的单位较少，相对研发水平比较落后，研发的微电脑鼠结构如图1，长时间运行发现存在着很多安全问题，即： 

（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。 

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。 

实用新型内容

本实用新型主要解决的技术问题是提供一种基于ARM9两轮微电脑鼠快速对角线冲刺系统，能够减少冲刺时间，对于楼梯型冲刺迷宫采用45度对角线转法和U型冲刺迷宫采用U转法，比连续转法更加节省时间；并且在冲刺阶段一直有前方的传感器S1和S6对信息进行采集并时刻进行补偿，保证了冲刺的准确性和稳定性。 

为解决上述技术问题，本实用新型采用的一个技术方案是：提供一种基于ARM9两轮微电脑鼠快速对角线冲刺系统，包括：电池装置、按键装置、传感器、单核全数字最小硬件伺服单元、左、右电机驱动单元、陀螺仪、左、右电机；所述电池装置、按键装置、传感器装置、单核全数字最小硬件伺服单元与左、右电机驱动单和左、右电机之间电性连接；所述陀螺仪与所述单核全数字最小硬件伺服单元之间电性连接；所述单核全数字最小硬件伺服单元中进一步设置有运动控制器ARM9、PWM控制器、快速驱动控制器L298N和位于左右电机上的光电编码器和电流传感器，所述运动控制器ARM9实现参数转化模块、多轴PWM波生成，并与快速驱动控制器L298N、光电编码器、电流传感器之间电性连接，从而所PWM信号由运动控制器ARM9结合各种反馈生成后流向驱动控制器L298N。 

在本实用新型一个较佳实施例中，所述单核全数字最小硬件伺服单元中进一步包含有多个冲刺选择模块，所述冲刺选择模块与所述按键装置连接；所述冲刺选择模块中进一步包含有自动冲刺模块、快速冲刺模块和设定速度冲刺模块，根据按键装置实现自动冲刺模块、快速冲刺模块和设定速度冲刺模块的选取。 

在本实用新型一个较佳实施例中，所述单核全数字最小硬件伺服单元中还进一步包含有冲刺运动模块，所述冲刺运动模块中进一步包含有准备冲刺单元、启动冲刺单元和冲刺单元，所述准备冲刺单元、启动冲刺单元和冲刺单元之间按顺序依次连接。 

所述启动冲刺单元中进一步包含有中断请求模块和正常冲刺模块，所述中断请求模块和正常冲刺模块与启动冲刺单元相互连接，从而所述信号分别流向断请求模块或正常冲刺模块。 

在本实用新型一个较佳实施例中，所述冲刺单元进一步包含有直线冲刺单元、转向冲刺单元、对角线冲刺单元和U型冲刺单元，所述直线冲刺单元、转向冲刺单元、对角线冲刺单元和U型冲刺单元与所述伺服控制系统中的运动控制器ARM9相连接。 

在本实用新型一个较佳实施例中，所述直线冲刺单元、转向冲刺单元、对角线冲刺单元和U型冲刺单元中包含有坐标存储模块、子程序控制模块。 

在本实用新型一个较佳实施例中，所述转向冲刺单元、对角线冲刺单元和U型冲刺单元中进一步包含有曲线运动轨迹模块、误差补偿模块、目标模块、速度调整模块，所述曲线运动轨迹模块与坐标存储模块连接，从而所述信号由子程序控制模块流向坐标存储模块和曲线运动轨迹模块；所述误差补偿模块、速度调整模块、陀螺仪分别与目标模块相连接，从而所述信号由目标模块流向误差补偿模块、速度调整模块或陀螺仪。 

在本实用新型一个较佳实施例中，所述对角线冲刺单元还进一步包含有对角线运动模块和距离模块，所述对角线运动模块与坐标存储模块由运动控制器ARM9控制完成。 

本实用新型的有益效果是：本实用新型在微电脑鼠的伺服控制系统中添加了控制微电脑鼠运动的运动控制器ARM9、通过参数转化后由软件生成多轴PWM波，所述PWM波经快速驱动控制器L298N后输送至左、右电机，通过上述方式能够实现微电脑鼠快速的对角线冲刺。 

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型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实用新型的一些实施例，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是本实用新型一种基于ARM9两轮微电脑鼠快速对角线冲刺系统一较佳实施例的结构示意图；

图2为本实用新型一种基于ARM9两轮微电脑鼠快速对角线冲刺系统的单核全数字最小硬件伺服单元框图；

图3为本实用新型一种基于ARM9两轮微电脑鼠快速对角线冲刺系统一较佳实施例的单核全数字最小硬件伺服单元冲刺模块框图；

图4是本实用新型一种基于ARM9两轮微电脑鼠快速对角线冲刺系统一较佳实施例的微电脑鼠迷宫示意图；

图5是本实用新型一种基于ARM9两轮微电脑鼠快速对角线冲刺系统一较佳实施例的微电脑鼠二维示意图；

图6是本实用新型一种基于ARM9两轮微电脑鼠快速对角线冲刺系统一较佳实施例的为微电脑鼠速度曲线图；

图7是本实用新型一种基于ARM9两轮微电脑鼠快速对角线冲刺系统一较佳实施例的微电脑鼠自动冲刺程序示意图；

图8是本实用新型一种基于ARM9两轮微电脑鼠快速对角线冲刺系统一较佳实施例的为微电脑鼠右转冲刺示意图；

图9是本实用新型一种基于ARM9两轮微电脑鼠快速对角线冲刺系统一较佳实施例的微电脑鼠左转冲刺示意图；

图10是本实用新型一种基于ARM9两轮微电脑鼠快速对角线冲刺系统一较佳实施例的楼梯迷宫图；

图11是本实用新型一种基于ARM9两轮微电脑鼠快速对角线冲刺系统一较佳实施例的45度冲刺楼梯示意图；

图12是本实用新型一种基于ARM9两轮微电脑鼠快速对角线冲刺系统一较佳实施例的连转U型迷宫图；

图13是本实用新型一种基于ARM9两轮微电脑鼠快速对角线冲刺系统一较佳实施例的连转U型示意图；

图14是本实用新型一种基于ARM9两轮微电脑鼠快速对角线冲刺系统一较佳实施例的连转U型迷宫参数示意图。。

附图中各部件的标记如下：1、左电机； 2、右电机；3、传感器。 

具体实施方式

下面将对本实用新型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实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。 

请参阅图1、图2和图3，本实用新型实施例提供如下技术方案。 

在一个实施例中，一种基于ARM9两轮微电脑鼠快速对角线冲刺系统，包括：电池装置、按键装置、传感器、单核全数字最小硬件伺服单元、左、右电机驱动单元、陀螺仪、左、右电机；所述电池装置、按键装置、传感器装置、单核全数字最小硬件伺服单元与左、右电机驱动单和左、右电机之间电性连接；所述陀螺仪与所述单核全数字最小硬件伺服单元之间电性连接；所述单核全数字最小硬件伺服单元中进一步设置有运动控制器ARM9、PWM控制器、快速驱动控制器L298N和位于左右电机上的光电编码器和电流传感器，所述运动控制器ARM9实现参数转化模块、多轴PWM波生成，并与快速驱动控制器L298N、光电编码器、电流传感器之间电性连接，从而所PWM信号由运动控制器ARM9结合各种反馈生成后流向驱动控制器L298N。 

区别于现有技术，在一个实施例中，所述单核全数字最小硬件伺服单元中进一步包含有多个冲刺选择模块，所述冲刺选择模块与所述按键装置连接；所述冲刺选择模块中进一步包含有自动冲刺模块、快速冲刺模块和设定速度冲刺模块，根据按键装置实现自动冲刺模块、快速冲刺模块和设定速度冲刺模块的选取。 

所述单核全数字最小硬件伺服单元中还进一步包含有冲刺运动模块，所述冲刺运动模块中进一步包含有准备冲刺单元、启动冲刺单元和冲刺单元，所述准备冲刺单元、启动冲刺单元和冲刺单元之间按顺序依次连接。 

所述启动冲刺单元中进一步包含有中断请求模块和正常冲刺模块，所述中断请求模块和正常冲刺模块与启动冲刺单元相互连接，从而所述信号分别流向断请求模块或正常冲刺模块。 

所述冲刺单元进一步包含有直线冲刺单元、转向冲刺单元、对角线冲刺单元和U型冲刺单元，所述直线冲刺单元、转向冲刺单元、对角线冲刺单元和U型冲刺单元与所述伺服控制系统中的运动控制器ARM9相连接。 

所述直线冲刺单元、转向冲刺单元、对角线冲刺单元和U型冲刺单元中包含有坐标存储模块、子程序控制模块。 

所述转向冲刺单元、对角线冲刺单元和U型冲刺单元中进一步包含有曲线运动轨迹模块、误差补偿模块、目标模块、速度调整模块，所述曲线运动轨迹模块与坐标存储模块连接，从而所述信号由子程序控制模块流向坐标存储模块和曲线运动轨迹模块；所述误差补偿模块、速度调整模块、陀螺仪分别与目标模块相连接，从而所述信号由目标模块流向误差补偿模块、速度调整模块或陀螺仪。 

所述对角线冲刺单元还进一步包含有对角线运动模块和距离模块，所述对角线运动模块与坐标存储模块由运动控制器ARM9控制完成。 

为了进一步描述微电脑鼠的运动，请参照图4、图5、图6、图7、图8、图9、图10、图11、图12、图13、图14，其具体功能实现如下： 

在微电脑鼠打开电源瞬间，系统按照图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，微电脑鼠在起点坐标（0，0）等待控制器发出的冲刺命令。根据按键信息，本实用新型有多种冲刺方法：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。

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(S3C2440A)发出中断请求，ARM9(S3C2440A)会对中断做第一时间响应，然后禁止L298N的使能端ENA和ENB工作，封锁微电脑鼠的左电机1和右电机2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，微电脑鼠将进行正常的冲刺。 

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ARM9（S3C2440A），然后由ARM9（S3C2440A）根据冲刺迷宫信息生成图6所示的梯形图指令给定值，这个图形包含的面积就是微电脑鼠两个左电机1、右电机2要运行的距离S。然后结合光电编码盘和电流传感器的反馈生成驱动两轴直流电机的PWM波。PWM波经L298N后驱动两个独立电机，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（S3C2440A），由ARM9（S3C2440A）继续处理后续的运行状态。 

本实用新型舍弃了传统单一速度冲刺模式，按照图6的速度和时间曲线控制微电脑鼠的加速和减速。梯形图包含的面积为微电脑鼠运动Z格的距离。在微电脑鼠沿着Y轴向前快速冲刺过程中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，微电脑鼠将存储其现在的坐标（X,Y），系统进入冲刺子程序1，ARM9(S3C2440A)把向前运动Z格的位置参数根据冲刺条件的不同计算出速度参数以及加速度参数指令值，然后结合光电编码器和电流传感器的反馈根据内部位置、速度、加速度程序生成形成当前条件下的PWM波，然后ARM9(S3C2440A)通过调整L298N管脚OUT1、OUT3、OUT2、OUT4为电平，控制左右轮的左电机1和右电机2向前运动。当到达设定目标时，将更新其坐标为（X,Y+Z），为了快速冲刺需要，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； 

在微电脑鼠沿着Y轴反向向前快速冲刺过程中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，微电脑鼠将存储其现在的坐标（X,Y），系统进入冲刺子程序1，ARM9(S3C2440A)把向前运动Z格的位置参数根据冲刺条件的不同计算出速度参数以及加速度参数指令值，然后结合光电编码器和电流传感器的反馈根据内部位置、速度、加速度程序生成形成当前条件下的PWM波，然后ARM9(S3C2440A)通过调整L298N管脚OUT1、OUT3、OUT2、OUT4为电平，控制左右轮的左电机1和右电机2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，在确定Y-Z>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；

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8所示的曲线运动轨迹，在右冲刺转弯时，ARM9(S3C2440A)首先把行走直线很短的距离 DashTurn_R90_Leading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，然后结合左电机1和右电机2上的光电编码器和电流传感器的反馈经内部位置、速度和加速度控制程序， 生成控制左右轮的PWM波给L298N，然后控制左右轮以相同的加速度和速度直线前进；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。误差补偿结束后开始调整直流左电机1和直流右电机2速度为DashTurn_R90_VelX1 和DashTurn_R90_VelY1，此时控制器会把曲线运动轨迹DashTurn_R90_Arc1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，然后结合左电机1和右电机2上的光电编码器和电流传感器的反馈经内部位置、速度和加速度控制程序， 生成控制左右轮的PWM波给L298N，然后控制左右轮以恒定的比值转弯；当到达既定目标后，立即调整微电脑鼠速度为DashTurn_R90_VelX2和DashTurn_R90_VelY2，此时控制器会把曲线运动轨迹DashTurn_R90_Arc2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，然后结合左电机1和右电机2上的光电编码器和电流传感器的反馈经内部位置、速度和加速度控制程序， 生成控制左右轮的PWM波给L298N，然后控制左右轮以恒定的比值转弯；当到达既定目标后，微电脑鼠在陀螺仪控制下已经右转90度，控制器把直线行走很短的距离 DashTurn_R90_Passing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，然后结合左电机1和右电机2上的光电编码器和电流传感器的反馈经内部位置、速度和加速度控制程序， 生成控制左右轮的PWM波给L298N，然后控制左右轮以相同的加速度和速度前进，当到达既定目标后通过四段不同的轨迹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<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。

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(S3C2440A)首先把行走直线很短的距离 DashTurn_L90_Leading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，然后结合左电机1和右电机2上的光电编码器和电流传感器的反馈经内部位置、速度和加速度控制程序， 生成控制左右轮的PWM波给L298N，然后控制左右轮以相同的加速度和速度直线前进；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。误差补偿结束后开始调整直流左电机1和直流右电机2速度为DashTurn_L90_VelX1 和DashTurn_L90_VelY1，此时控制器会把曲线运动轨迹DashTurn_L90_Arc1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，然后结合左电机1和右电机2上的光电编码器和电流传感器的反馈经内部位置、速度和加速度控制程序， 生成控制左右轮的PWM波给L298N，然后控制左右轮以恒定的比值前进；当到达既定目标后，立即调整微电脑鼠速度为DashTurn_L90_VelX2和DashTurn_L90_VelY2，此时控制器会把曲线运动轨迹DashTurn_L90_Arc2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，然后结合左电机1和右电机2上的光电编码器和电流传感器的反馈经内部位置、速度和加速度控制程序， 生成控制左右轮的PWM波给L298N，然后控制左右轮以恒定的比值前进；当到达既定目标后，微电脑鼠在陀螺仪控制下已经左转90度，控制器把直线行走很短的距离 DashTurn_L90_Passing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，然后结合左电机1和右电机2上的光电编码器和电流传感器的反馈经内部位置、速度和加速度控制程序， 生成控制左右轮的PWM波给L298N，然后控制左右轮以相同的加速度和速度前进，当到达既定目标后通过四段不同的轨迹完成整个左转弯的轨迹曲线运动。此时将更新其坐标为（X-1,Y），在X-1<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。 

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所示的对角线运动轨迹，在坐标为（X,Y）时，ARM9(S3C2440A)控制直流左电机1和直流右电机2以相同的速度匀速前进，在前进过程中传感器S2、S3和S4、S5共同作用，保证微电脑鼠冲刺的时候一定沿着迷宫中线行驶，即将冲出坐标为（X,Y）迷宫方格时，微电脑鼠前方传感器S1和S6将工作，当读到预设值时，说明微电脑鼠的前部已经进入坐标（X+1,Y），然后把微电脑鼠传感器S1位置到电机中心的距离SX传输给ARM9(S3C2440A)，ARM9(S3C2440A)首先把行走直线很短的距离SX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，然后结合左电机1和右电机2上的光电编码器和电流传感器的反馈经内部位置、速度和加速度控制程序， 生成控制左右轮的PWM波给L298N，然后控制左右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）； 

微电脑鼠开始为45度对角线冲刺做姿态调整，此时控制器会把曲线运动轨迹L_Arc1_45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，然后结合左电机1和右电机2上的光电编码器和电流传感器的反馈经内部位置、速度和加速度控制程序， 生成控制左右轮的PWM波给L298N，然后控制左右轮以恒定的比值前进；当到达既定目标后，立即调整微电脑鼠左右轮的速度，控制器把曲线运动轨迹L_Arc2_45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，然后结合左电机1和右电机2上的光电编码器和电流传感器的反馈经内部位置、速度和加速度控制程序，生成控制左右轮的PWM波给L298N，然后控制左右轮以恒定的比值前进；在陀螺仪的控制下，保证到达当到达既定目标A点时曲线L_Arc2_45的斜率为45度，然后控制器把直线行走很短的距离 Passing1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，然后结合左电机1和右电机2上的光电编码器和电流传感器的反馈经内部位置、速度和加速度控制程序，生成控制左右轮的PWM波给L298N，然后控制左右轮以相同的加速度和速度前进。当到达既定目标后，通过三段不同的轨迹完成整个左转弯45度方向改变的轨迹曲线运动。微电脑鼠进入对角线冲刺阶段，此时前方传感器S1和S6开始工作；ARM9(S3C2440A)首先把行走直线距离 

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，然后结合左电机1和右电机2上的光电编码器反馈、电流传感器的反馈和传感器S1和S6对前方柱子的探测，经内部位置、速度和加速度控制程序， 生成控制左右轮的PWM波给L298N，然后控制左右轮以相同的加速度和速度直线前进；当到达既定目标时，微电脑鼠完成在坐标（X+1，Y+1）到坐标（X+2，Y+1）下的对角线冲刺，微电脑鼠完成一格楼梯迷宫的冲刺，把此时的迷宫坐标更新为（X+2，Y+2）。依次类推，微电脑鼠完成Z格楼梯迷宫的冲刺，更新迷宫为（X+Z+1，Y+Z+1），微电脑鼠开始做转出动作，此时控制器会把曲线运动轨迹R_Arc3_45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，然后结合左电机1和右电机2上的光电编码器和电流传感器的反馈经内部位置、速度和加速度控制程序， 生成控制左右轮的PWM波给L298N，然后控制左右轮以恒定的比值前进；当到达既定目标后，立即调整微电脑鼠左右轮的速度，控制器把曲线运动轨迹R_Arc4_45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，然后结合左电机1和右电机2上的光电编码器和电流传感器的反馈经内部位置、速度和加速度控制程序， 生成控制左右轮的PWM波给L298N，然后控制左右轮以恒定的比值前进；在陀螺仪的控制下，保证到达当到达既定目标B点时曲线R_Arc4_45的斜率为0度，然后控制器把直线行走很短的距离 Passing2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，然后结合左电机1和右电机2上的光电编码器和电流传感器的反馈经内部位置、速度和加速度控制程序， 生成控制左右轮的PWM波给L298N，然后控制左右轮以相同的加速度和速度前进，当到达既定目标后通过三段不同的轨迹完成在坐标（X+Z+1，Y+Z+1）下整个右转弯45度曲线轨迹的运动，微电脑鼠完成对角线冲刺后变为直路的轨迹改变，微电脑鼠进入直线冲刺阶段，此时前方传感器S2、S3、S4和S5开始工作，进入直线导航；并更新当前坐标为（X+Z+2，Y+Z+1）在X+Z+2<15和Y+Z+1<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。

在微电脑鼠沿着X轴、Y轴向前运动过程中如果有类似图12的U型迷宫挡墙进入前方的运动范围，微电脑鼠将存储此时坐标（X,Y），系统进入冲刺子程序5，然后进入图13、图14所示的曲线运动轨迹，在一次左冲刺转弯时，ARM9(S3C2440A)首先把行走直线很短的距离 Leading1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，然后结合左电机1和右电机2上的光电编码器和电流传感器的反馈经内部位置、速度和加速度控制程序，生成控制左右轮的PWM波给L298N，然后控制左右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_Arc1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，然后结合左电机1和右电机2上的光电编码器和电流传感器的反馈经内部位置、速度和加速度控制程序， 生成控制左右轮的PWM波给L298N，然后控制左右轮的速度以恒定的比值转弯；当到达既定目标后，立即调整微电脑鼠的速度，控制器会把曲线运动轨迹L_Arc2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，然后结合左电机1和右电机2上的光电编码器和电流传感器的反馈经内部位置、速度和加速度控制程序， 生成控制左右轮的PWM波给L298N，然后控制左右轮的速度以恒定的比值转弯；当到达既定目标后，微电脑鼠在陀螺仪控制下已经左转90度，控制器把直线行走很短的距离 Passing1+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，然后结合左电机1和右电机2上的光电编码器和电流传感器的反馈经内部位置、速度和加速度控制程序，生成控制左右轮的PWM波给L298N，然后控制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,微电脑鼠继续左转，控制器会把曲线运动轨迹L_Arc1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，然后结合左电机1和右电机2上的光电编码器和电流传感器的反馈经内部位置、速度和加速度控制程序， 生成控制左右轮的PWM波给L298N，然后控制左右轮的速度以恒定的比值转弯；当到达既定目标后，立即调整微电脑鼠的速度，控制器会把曲线运动轨迹L_Arc2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，然后结合左电机1和右电机2上的光电编码器和电流传感器的反馈经内部位置、速度和加速度控制程序， 生成控制左右轮的PWM波给L298N，然后控制左右轮的速度以恒定的比值转弯；当到达既定目标后，微电脑鼠在陀螺仪控制下已经左转90度，控制器把直线行走很短的距离Passing2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，然后结合左电机1和右电机2上的光电编码器和电流传感器的反馈经内部位置、速度和加速度控制程序， 生成控制左右轮的PWM波给L298N，然后控制左右轮以相同的加速度和速度前进，到达既定目标后，微电脑鼠完成一个U型迷宫的冲刺，更新微电脑鼠坐标为（X,Y+1），并判断其坐标是不是（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。 

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，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。 

为了能够实现微电脑鼠快速冲刺准确的坐标计算功能，微电脑鼠左右的传感器S2、S3和S4、S5会时刻对周围的迷宫挡墙和柱子进行探测，如果S2、S3或者S4、S5发现传感器信号发生了跃变，则说明微电脑鼠进入了迷宫挡墙和柱子的交接点，此时侧面传感器S2或者是S5会精确探测这一时刻，当再次出现跃变时，说明老鼠已经开始离开当前的迷宫格子，ARM9（S3C2440A）会根据微电脑鼠当前运行的距离进行计算并根据对传感器反馈信息进行补偿，本实用新型在高速直流左电机1轴和Y轴上加入了512线的光码盘，由于精度较高，使得微电脑鼠的坐标计算不会出现错误，保证了微电脑鼠快速冲刺迷宫信息的准请性。 

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(S3C2440A)，经ARM9(S3C2440A)运算后确定现在迷宫所处位置，然后由ARM9(S3C2440A)根据当前迷宫生成PWM波和送控制信号给L298N：如果进入已经搜索的区域将加大PWM波的占空比，使微电脑鼠进行快速前进，减少迷宫搜索的时间；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0，微电脑鼠进入冲刺阶段，并置冲刺标志为1。 

在微电脑鼠运动过程中，如果系统出现了干扰，ARM9(S3C2440A)会根据当前状态对电流加以补偿，快速调整电流环的PID参数，使得系统快速稳定下来，防止高速冲刺时干扰对系统的影响。 

在微电脑鼠快速冲刺过程中，电池提供的瞬时功率是一定的，在冲刺速度一定的条件下，加速度越大时，需要的力矩就越大，此时需要电池提供的电流就越大，为了保护电池，本实用新型加入了电流传感器，杜绝了加速时对电池的伤害。 

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1，微电脑鼠返程探索回到起始点（0，0），ARM9（S3C2440A）将控制L298N使得微电脑起始点中心点停车，然后重新调整L298N的OUT1、OUT2、OUT3和OUT4的电平，使得左电机1和右电机2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。 

以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图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，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。 

Claims (8)

1.一种基于ARM9两轮微电脑鼠快速对角线冲刺系统，其特征在于：包括：电池装置、按键装置、传感器、单核全数字最小硬件伺服单元、左、右电机驱动单元、陀螺仪、左、右电机；所述电池装置、按键装置、传感器装置、单核全数字最小硬件伺服单元与左、右电机驱动单和左、右电机之间电性连接；所述陀螺仪与所述单核全数字最小硬件伺服单元之间电性连接；所述单核全数字最小硬件伺服单元中进一步设置有运动控制器ARM9、PWM控制器、快速驱动控制器L298N和位于左右电机上的光电编码器和电流传感器，所述运动控制器ARM9实现参数转化模块、多轴PWM波生成，并与快速驱动控制器L298N、光电编码器、电流传感器之间电性连接，从而所PWM信号由运动控制器ARM9结合各种反馈生成后流向驱动控制器L298N。

2.根据权利要求1所述的一种基于ARM9两轮微电脑鼠快速对角线冲刺系统，其特征在于：所述单核全数字最小硬件伺服单元中进一步包含有多个冲刺选择模块，所述冲刺选择模块与所述按键装置连接；所述冲刺选择模块中进一步包含有自动冲刺模块、快速冲刺模块和设定速度冲刺模块，根据按键装置实现自动冲刺模块、快速冲刺模块和设定速度冲刺模块的选取。

3.根据权利要求2所述的一种基于ARM9两轮微电脑鼠快速对角线冲刺系统，其特征在于：所述单核全数字最小硬件伺服单元中还进一步包含有冲刺运动模块，所述冲刺运动模块中进一步包含有准备冲刺单元、启动冲刺单元和冲刺单元，所述准备冲刺单元、启动冲刺单元和冲刺单元之间按顺序依次连接。

4.根据权利要求3所述的一种基于ARM9两轮微电脑鼠快速对角线冲刺系统，其特征在于：所述启动冲刺单元中进一步包含有中断请求模块和正常冲刺模块，所述中断请求模块和正常冲刺模块与启动冲刺单元相互连接，从而所述信号分别流向断请求模块或正常冲刺模块。

5.根据权利要求4所述的一种基于ARM9两轮微电脑鼠快速对角线冲刺系统，其特征在于：所述冲刺单元进一步包含有直线冲刺单元、转向冲刺单元、对角线冲刺单元和U型冲刺单元，所述直线冲刺单元、转向冲刺单元、对角线冲刺单元和U型冲刺单元与所述伺服控制系统中的运动控制器ARM9相连接。

6.根据权利要求5所述的一种基于ARM9两轮微电脑鼠快速对角线冲刺系统，其特征在于：所述直线冲刺单元、转向冲刺单元、对角线冲刺单元和U型冲刺单元中包含有坐标存储模块、子程序控制模块。

7.根据权利要求6所述的一种基于ARM9两轮微电脑鼠快速对角线冲刺系统，其特征在于：所述转向冲刺单元、对角线冲刺单元和U型冲刺单元中进一步包含有曲线运动轨迹模块、误差补偿模块、目标模块、速度调整模块，所述曲线运动轨迹模块与坐标存储模块连接，从而所述信号由子程序控制模块流向坐标存储模块和曲线运动轨迹模块；所述误差补偿模块、速度调整模块、陀螺仪分别与目标模块相连接，从而所述信号由目标模块流向误差补偿模块、速度调整模块或陀螺仪。

8.根据权利要求7所述的一种基于ARM9两轮微电脑鼠快速对角线冲刺系统，其特征在于：所述对角线冲刺单元还进一步包含有对角线运动模块和距离模块，所述对角线运动模块与坐标存储模块由运动控制器ARM9控制完成。

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