基于雙核兩輪極速微電腦鼠對角線沖刺伺服系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種基于雙核兩輪極速微電腦鼠對角線沖刺伺服系統(tǒng)，包括沖刺中心控制單元、第一運動驅(qū)動單元、第二運動驅(qū)動單元、第一高速直流電機、第二高速直流電機和電源供應(yīng)單元，沖刺中心控制單元包括ARM9處理器和FPGA處理器，ARM9處理器與FPGA處理器電性連接，F(xiàn)PGA處理器分別與第一運動驅(qū)動單元和第二運動驅(qū)動單元電性連接，第一運動驅(qū)動單元進一步與第一高速直流電機電性連接，第二運動驅(qū)動單元進一步與第二高速直流電機電性連接。本發(fā)明同時采用兩個處理器協(xié)同工作處理數(shù)據(jù)，運算速度較快，避免了大電流的產(chǎn)生，減少了電池對高速沖刺的影響；所述陀螺儀能夠為所述微電腦鼠轉(zhuǎn)彎進行導(dǎo)航，提高了微電腦鼠的穩(wěn)定性。
【專利說明】基于雙核兩輪極速微電腦鼠對角線沖刺伺服系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種基于雙核兩輪極速微電腦鼠對角線沖刺伺服系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]微電腦鼠是使用嵌入式微控制器、傳感器和機電運動部件構(gòu)成的一種智能行走機器人，微電腦鼠可以在不同“迷宮”中自動記憶和選擇路徑，采用相應(yīng)的算法，快速地到達所設(shè)定的目的地。微電腦鼠比賽在國外已經(jīng)有30幾年的歷史，現(xiàn)在每年國際上都要舉行上百場類似的微電腦鼠大賽。
[0003]微電腦鼠競賽采用運行時間、迷宮時間和碰觸這三個參數(shù)，從速度、求解迷宮的效率和電腦鼠的可靠性三個方面來進行評分，不同的國家采用不同的評分標(biāo)準(zhǔn)，最有代表的四個國家標(biāo)準(zhǔn)為:
(1)美國IEEEAPEC國際微電腦鼠機器人競賽:探索時間、沖刺時間和固定的接觸扣分，都記入總成績，得分=探索時間/30 +沖刺時間+固定接觸扣分；
(2)全日本國際微電腦鼠機器人大會(專家級):總成績僅計算沖刺時間，得分=最佳沖刺時間；
(3)英國微電腦鼠機器人挑戰(zhàn)賽:探索時間、沖刺時間和可變的接觸扣分都記入總成績，得分=探索時間/30 +沖刺時間+變動接觸扣分；
(4)新加坡機器人大賽:探索時間、沖刺時間記入總成績，每次接觸機器人將減少一次嘗試機會，得分=探索時間/30 +沖刺時間。
[0004]從上面的國際標(biāo)準(zhǔn)來看，沖刺時間決定整個微電腦鼠的成敗，由于國內(nèi)研發(fā)此機器人的單位較少，相對研發(fā)水平比較落后，研發(fā)的微電腦鼠結(jié)構(gòu)如圖1，長時間運行發(fā)現(xiàn)存在著很多安全問題，即:
(I)作為微電腦鼠的眼睛采用的是超聲波或者是一般的紅外傳感器，而且傳感器的設(shè)置有誤，使得微電腦鼠在快速沖刺時對周圍迷宮的判斷存在一定的誤判，使得微電腦在快速沖刺的時候容易撞上前方的擋墻。
[0005](2)作為微電腦鼠的執(zhí)行機構(gòu)采用的是步進電機，經(jīng)常會遇到丟失脈沖的問題出現(xiàn)，導(dǎo)致對沖刺位置的記憶出現(xiàn)錯誤，有的時候找不到?jīng)_刺的終點。
[0006](3)由于采用步進電機，使得機體發(fā)熱比較嚴(yán)重，不利于在大型復(fù)雜迷宮中快速沖刺。
[0007](4)由于采用比較低級的算法，使得最佳迷宮的計算和沖刺路徑的計算都有一定的問題，研發(fā)的微電腦鼠基本上不會多次自動加速沖刺，在一般迷宮當(dāng)中的沖刺一般都要花費15?30秒的時間，這使得在真正的國際復(fù)雜迷宮大賽中無法取勝。
[0008](5)由于微電腦鼠在快速沖刺過程中需要頻繁的剎車和啟動，加重了單片機的工作量，單片信號處理器無法滿足微電腦鼠快速沖刺的要求。
[0009]( 6 )相對采用的都是一些體積比較大的插件元器件使得微電腦鼠的體積和重量比較龐大，而且重心較高，無法滿足快速沖刺的要求。[0010](7)由于受周圍環(huán)境不穩(wěn)定因素干擾，特別是周圍一些光線的干擾，單片機控制器經(jīng)常會出現(xiàn)異常，引起微電腦鼠失控，抗干擾能力較差。
[0011](8)對于差速控制的微電腦鼠來說，一般要求其兩個電機的控制信號要同步，但是對于單一單片機來說很難辦到，使得微電腦鼠在高速沖刺時會在迷宮當(dāng)中搖擺幅度較大，經(jīng)常出現(xiàn)撞墻的現(xiàn)象發(fā)生，導(dǎo)致沖刺失敗。
[0012](9)由于受單片機容量和算法影響，微電腦鼠對迷宮的信息沒有存儲，當(dāng)遇到掉電情況時候所有的信息將消失，這使得整個沖刺過程無法完成。
[0013](10)由于沒有角速度傳感器的輔助進行轉(zhuǎn)彎，經(jīng)常出現(xiàn)轉(zhuǎn)彎角度過小或者過大的現(xiàn)象發(fā)生，然后依靠導(dǎo)航的傳感器進行補償，導(dǎo)致在連續(xù)多次轉(zhuǎn)彎的迷宮中出現(xiàn)撞墻的現(xiàn)象發(fā)生,致使沖刺失敗。
[0014](11)采用單個傳感器探知前方迷宮的擋墻，極易收到外界干擾，致使前方傳感器錯誤引導(dǎo)快速沖刺的微電腦鼠，導(dǎo)致微電腦鼠在迷宮中沖刺不到位或者撞墻，致使沖刺失敗。
[0015]因此，需要對現(xiàn)有的基于單片機控制的微電腦鼠控制器進行重新設(shè)計。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0016]本發(fā)明主要解決的技術(shù)問題是提供一種基于雙核兩輪極速微電腦鼠對角線沖刺伺服系統(tǒng)，同時采用兩個處理器協(xié)同工作處理數(shù)據(jù)，運算速度較快，避免了大電流的產(chǎn)生，減少了電池對高速沖刺的影響；所述陀螺儀能夠為所述微電腦鼠轉(zhuǎn)彎進行導(dǎo)航，提高了微電腦鼠的穩(wěn)定性。
[0017]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的一個技術(shù)方案是:提供一種基于雙核兩輪極速微電腦鼠對角線沖刺伺服系統(tǒng)，應(yīng)用于兩輪微電腦鼠中，所述沖刺伺服系統(tǒng)包括沖刺中心控制單元、第一運動驅(qū)動單元、第二運動驅(qū)動單元、第一高速直流電機、第二高速直流電機和電源供應(yīng)單元，所述電源供應(yīng)單元包括鋰離子電池，所述沖刺中心控制單元包括ARM9處理器和FPGA處理器，所述ARM9處理器與FPGA處理器電性連接以傳輸控制信號和數(shù)據(jù)信息，所述FPGA處理器分別與所述第一運動驅(qū)動單元和第二運動驅(qū)動單元電性連接，所述第一運動驅(qū)動單元進一步與所述第一高速直流電機電性連接，所述第二運動驅(qū)動單元進一步與所述第二高速直流電機電性連接。
[0018]在本發(fā)明一個較佳實施例中，所述第一高速直流電機和第二高速直流電機上均進一步設(shè)置光電編碼器和電流傳感器，所述光電編碼器和電流傳感器分別與所述FPGA處理器電性連接。
[0019]在本發(fā)明一個較佳實施例中，所述沖刺伺服系統(tǒng)進一步包括至少六個蔽障傳感器，所述ARM9處理器分別與每一個所述蔽障傳感器電性連接以接收蔽障傳感器檢測到的環(huán)境信息，所述蔽障傳感器為紅外線傳感器，所述紅外線傳感器包括紅外線發(fā)射器0PE5594A和紅外線接收器TSL262。
[0020]在本發(fā)明一個較佳實施例中，所述沖刺伺服系統(tǒng)進一步包括第一陀螺儀和第二陀螺儀，第一陀螺儀包括微機械角速度傳感器，第二陀螺儀包括速度傳感器，所述第一陀螺儀和第二陀螺儀分別與所述ARM9處理器電性連接以將檢測到的角速度信息和速度信息傳送至ARM9處理器。[0021]本發(fā)明還提供一種兩輪微電腦鼠，包括所述的沖刺伺服系統(tǒng)，所述沖刺伺服系統(tǒng)包括沖刺中心控制單元、第一運動驅(qū)動單元、第二運動驅(qū)動單元、第一高速直流電機、第二高速直流電機和電源供應(yīng)單元，所述電源供應(yīng)單元包括鋰離子電池，所述沖刺中心控制單元包括ARM9處理器和FPGA處理器，所述ARM9處理器與FPGA處理器電性連接以傳輸控制信號和數(shù)據(jù)信息，所述FPGA處理器分別與所述第一運動驅(qū)動單元和第二運動驅(qū)動單元電性連接，所述第一運動驅(qū)動單元進一步與所述第一高速直流電機電性連接，所述第二運動驅(qū)動單元進一步與所述第二高速直流電機電性連接；
所述兩輪微電腦鼠進一步包括殼體、第一車輪和第二車輪，所述殼體內(nèi)部設(shè)置所述沖刺伺服系統(tǒng)，所述第一車輪和第二車輪分別設(shè)置在所述殼體兩側(cè)，所述第一車輪與所述第一高速直流電機連接，所述第二車輪與所述第二高速直流電機連接。
[0022]在本發(fā)明一個較佳實施例中，所述第一車輪的轉(zhuǎn)軸與所述第一陀螺儀連接，所述第二車輪的轉(zhuǎn)軸與所述第二陀螺儀連接。
[0023]在本發(fā)明一個較佳實施例中，所述兩輪微電腦鼠進一步包括光電補償傳感器和光電補償傳感器，所述電壓傳感器和光電補償傳感器分別與所述ARM處理器電性連接。
[0024]本發(fā)明還提供一種所述兩輪微電腦鼠的控制方法，所述兩輪微電腦鼠包括所述沖刺伺服系統(tǒng)，所述沖刺伺服系統(tǒng)包括沖刺中心控制單元、第一運動驅(qū)動單元、第二運動驅(qū)動單元、第一高速直流電機、第二高速直流電機和電源供應(yīng)單元，所述電源供應(yīng)單元包括鋰離子電池，所述沖刺中心控制單元包括ARM9處理器和FPGA處理器，所述ARM9處理器與FPGA處理器電性連接以傳輸控制信號和數(shù)據(jù)信息，所述FPGA處理器分別與所述第一運動驅(qū)動單元和第二運動驅(qū)動單元電性連接，所述第一運動驅(qū)動單元進一步與所述第一高速直流電機電性連接，所述第二運動驅(qū)動單元進一步與所述第二高速直流電機電性連接；
包括運動控制模塊和上位機控制模塊，所述上位機控制模塊包括迷宮讀取單元、坐標(biāo)定位單元和在線輸出單元，所述運動控制模塊包括數(shù)據(jù)存儲單元，輸入輸出單元和FPGA控制單元，所述FPGA控制單元包括直線沖刺單元、右轉(zhuǎn)沖刺單元、左轉(zhuǎn)沖刺單元、對角線沖刺單元和U形沖刺單元。
[0025]在本發(fā)明一個較佳實施例中，所述FPGA控制單元控制所述兩輪微電腦鼠在每一段運動路程內(nèi)中的沖刺速度，所述沖刺速度依次分為加速運動階段、勻速運動階段和減速運動階段；在所述加速運動階段和所述減速運動階段，兩輪微電腦鼠的加速度均從O開始逐漸增大，接著保持不變，最后逐漸減小至O。
[0026]在本發(fā)明一個較佳實施例中，所述兩輪微電腦鼠的控制方法包括探索沖刺和直接沖刺兩種沖刺模式，所述直接沖刺模式進一步包括定速沖刺模式和不定速沖刺模式；在所述探索沖刺模式下，所述兩輪微電腦鼠自動搜索完成迷宮探索到達終點后再返回起點，最后調(diào)取探索過程中獲取的迷宮信息快速沖刺到終點；在直接沖刺模式下，所述兩輪微電腦鼠直接調(diào)取歷史迷宮信息快速沖刺到終點。
[0027]本發(fā)明的有益效果是:
Cl)同時采用ARM9處理器和FPGA處理器分工工作，由FPGA處理器處理微電腦鼠高速沖刺時的兩只高速直流電機的同步伺服控制，使得控制比較簡單，大大提高了運算速度，避免產(chǎn)生大電流，縮短了開發(fā)周期短，并且程序可移植能力強；有效地防止了程序的跑飛，抗干擾能力大大增強；時刻監(jiān)測鋰離子電池的剩余容量，有利于了解電池的能量狀態(tài)，當(dāng)電池能量狀態(tài)較低時，可以在沖刺前提前換掉電池，從而減少了電池對高速沖刺的誤干擾；
(2 )在微電腦鼠快速沖刺過程中，所述ARM9處理器能夠?qū)χ绷麟姍CX和電機Y的轉(zhuǎn)矩進行在線辨識并利用直流電機力矩與電流的關(guān)系進行補償，減少了電機轉(zhuǎn)矩抖動對微電腦鼠快速沖刺的影響；
(3)所述陀螺儀可以按時間累計確定角坐標(biāo)和測量車輪轉(zhuǎn)速，這對于微電腦鼠連續(xù)旋轉(zhuǎn)一定角度計算具有導(dǎo)航作用，可以實現(xiàn)兩輪微電腦鼠的速度大小和方向的獨立控制，有利于提高微電腦鼠沖刺時的穩(wěn)定性和動態(tài)性能，使微電腦鼠更容易實現(xiàn)曲線軌跡的轉(zhuǎn)動；
(4)所述數(shù)據(jù)存儲模塊能夠存儲微電腦鼠的迷宮探索信息，有利于提取對應(yīng)信息并優(yōu)化二次沖刺的路徑，降低沖刺時間；
(5)所述LM629控制模塊依據(jù)具體路徑調(diào)取不同沖刺模塊控制沖刺方向和沖刺速度，自動沖刺，杜絕接觸扣分，快捷安全；
(6)所述兩輪微電腦鼠包括兩種沖刺模式，滿足現(xiàn)實比賽的需求；
(7)采用S型加減速曲線在任何一點的加速度都是連續(xù)變化的，從而避免了微電腦鼠系統(tǒng)的柔性沖擊，速度的平滑性很好，運動精度高。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0028]為了更清楚地說明本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其它的附圖，其中:
圖1是單片機控制的微電腦鼠的電路原理框圖；
圖2為本發(fā)明所述沖刺伺服系統(tǒng)的電路原理框圖；
圖3為本發(fā)明所述沖刺中心控制單元的工作原理圖；
圖4為本發(fā)明所述的兩輪微電腦鼠的控制方法的控制模塊框圖；
圖5為本發(fā)明所述兩輪微電腦鼠運動時的迷宮坐標(biāo)示意圖；
圖6是本發(fā)明所述兩輪微電腦鼠一較佳實施例的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖7是本發(fā)明所述兩輪微電腦鼠的速度曲線圖；
圖8為本發(fā)明所述的兩輪微電腦鼠的控制方法的自動沖刺程序流程圖；
圖9為本發(fā)明所述兩輪微電腦鼠的右轉(zhuǎn)沖刺示意圖；
圖10為本發(fā)明所述兩輪微電腦鼠的左轉(zhuǎn)沖刺示意圖；
圖11為本發(fā)明所述兩輪微電腦鼠運動時的樓梯形迷宮結(jié)構(gòu)圖；
圖12為本發(fā)明所述兩輪微電腦鼠沿著樓梯形迷宮進行45度沖刺的示意圖；
圖13為本發(fā)明所述兩輪微電腦鼠運動時的U形迷宮結(jié)構(gòu)圖；
圖14為本發(fā)明所述兩輪微電腦鼠在U形迷宮內(nèi)的運動軌跡示意圖；
圖15為本發(fā)明所述兩輪微電腦鼠沿著U形迷宮沖刺的運動參數(shù)示意圖。
[0029]附圖中各部件的標(biāo)記如下:1、殼體，2、第一車輪,3、第二車輪，S1、第一個蔽障傳感器，S2、第二個蔽障傳感器，S3、第三個蔽障傳感器，S4、第四個蔽障傳感器，S5、第五個蔽障傳感器，S6、第六個蔽障傳感器，S7、光電補償傳感器，S8、電壓傳感器?！揪唧w實施方式】
[0030]下面將對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅是本發(fā)明的一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其它實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
[0031]請參閱圖1至圖15,本發(fā)明實施例包括:
一種基于雙核兩輪極速微電腦鼠對角線沖刺伺服系統(tǒng)，應(yīng)用于兩輪微電腦鼠中，所述沖刺伺服系統(tǒng)包括沖刺中心控制單元、第一運動驅(qū)動單元、第二運動驅(qū)動單元、第一高速直流電機X、第二高速直流電機Y和電源供應(yīng)單元，所述電源供應(yīng)單元包括鋰離子電池，所述沖刺中心控制單元包括ARM9處理器和FPGA處理器，所述ARM9處理器與FPGA處理器電性連接以傳輸控制信號和數(shù)據(jù)信息，所述FPGA處理器分別與所述第一運動驅(qū)動單元和第二運動驅(qū)動單元電性連接，所述第一運動驅(qū)動單元進一步與所述第一高速直流電機電性連接，所述第二運動驅(qū)動單元進一步與所述第二高速直流電機電性連接。
[0032]ARM9 處理器米用 R I SC ( Reduce Instruction Computer，精簡指令集計算機)結(jié)構(gòu)，具有寄存器多、尋址方式簡單、批量傳輸數(shù)據(jù)、使用地址自動增減等特點。新一代的ARM9處理器，通過全新的設(shè)計，采用了更多的晶體管，能夠達到兩倍以上于ARM7處理器的處理能力，這種處理能力的提高是通過增加時鐘頻率和減少指令執(zhí)行周期實現(xiàn)的。
[0033]FPGA，即現(xiàn)場可編程門陣列，是在PAL、GAL、EPLD等可編程器件的基礎(chǔ)上進一步發(fā)展的產(chǎn)物。它是作為專用集成電路(ASIC)領(lǐng)域中的一種半定制電路而出現(xiàn)的，即解決了定制電路的不足，又克服了原有可編程器件門電路數(shù)有限的缺點。
[0034]FPGA采用了邏輯單元陣列LCA (Logic Cell Array)這樣一個新概念，內(nèi)部包括可配置邏輯模塊CLB(ConfigurabIe Logic Block)、輸出輸入模塊10B(Input Output Block)和內(nèi)部連線(Interconnect)三個部分。
[0035]本發(fā)明所述第一高速直流電機和第二高速直流電機上均進一步設(shè)置光電編碼器和電流傳感器，所述光電編碼器和電流傳感器分別與所述FPGA處理器電性連接。
[0036]所述沖刺伺服系統(tǒng)進一步包括至少六個蔽障傳感器，在本實施例中，所述蔽障傳感器的數(shù)量為六個，依次編號為S1、S2、S3、S4、S5、S6。所述ARM9處理器分別與每一個所述蔽障傳感器電性連接以接收蔽障傳感器檢測到的環(huán)境信息，所述蔽障傳感器為紅外線傳感器，所述紅外線傳感器包括紅外線發(fā)射器0PE5594A和紅外線接收器TSL262。
[0037]所述沖刺伺服系統(tǒng)進一步包括第一陀螺儀和第二陀螺儀，第一陀螺儀包括微機械角速度傳感器，第二陀螺儀包括速度傳感器，所述第一陀螺儀和第二陀螺儀分別與所述ARM9處理器電性連接以將檢測到的角速度信息和速度信息傳送至ARM9處理器。
[0038]本發(fā)明還提供一種兩輪微電腦鼠，包括所述的沖刺伺服系統(tǒng)，所述兩輪微電腦鼠進一步包括殼體1、第一車輪2和第二車輪3，所述殼體I內(nèi)部設(shè)置所述沖刺伺服系統(tǒng)，所述第一車輪2和第二車輪3分別設(shè)置在所述殼體I兩側(cè)，所述第一車輪2與所述第一高速直流電機連接，所述第二車輪3與所述第二高速直流電機連接。所述第一車輪2的轉(zhuǎn)軸與所述第一陀螺儀連接，所述第二車輪3的轉(zhuǎn)軸與所述第二陀螺儀連接。
[0039]所述兩輪微電腦鼠進一步包括光電補償傳感器7和光電補償傳感器7，所述電壓傳感器8和光電補償傳感器7分別與所述ARM處理器電性連接。[0040]本發(fā)明還提供一種所述兩輪微電腦鼠的控制方法，包括運動控制模塊和上位機控制模塊，所述上位機控制模塊包括迷宮讀取單元、坐標(biāo)定位單元和在線輸出單元，所述運動控制模塊包括數(shù)據(jù)存儲單元，輸入輸出單元和FPGA控制單元，所述FPGA控制單元包括直線沖刺單元、右轉(zhuǎn)沖刺單元、左轉(zhuǎn)沖刺單元、對角線沖刺單元和U形沖刺單元。在本實施例中，所述直線沖刺模塊、右轉(zhuǎn)沖刺模塊、左轉(zhuǎn)沖刺模塊、對角線沖刺模塊和U形沖刺模塊依次編號為子程序1、子程序2、子程序3、子程序4、子程序5。
[0041]其中，所述FPGA控制單元控制所述兩輪微電腦鼠在每一段運動路程內(nèi)中的沖刺速度，所述沖刺速度依次分為加速運動階段、勻速運動階段和減速運動階段；在所述加速運動階段和所述減速運動階段，兩輪微電腦鼠的加速度均從O開始逐漸增大，接著保持不變，最后逐漸減小至O。
[0042]所述兩輪微電腦鼠的控制方法包括探索沖刺和直接沖刺兩種沖刺模式，所述直接沖刺模式進一步包括定速沖刺模式和不定速沖刺模式；在所述探索沖刺模式下，所述兩輪微電腦鼠自動搜索完成迷宮探索到達終點后再返回起點，最后調(diào)取探索過程中獲取的迷宮信息快速沖刺到終點；在直接沖刺模式下，所述兩輪微電腦鼠直接調(diào)取歷史迷宮信息快速沖刺到終點。
[0043]在具體應(yīng)用時，本發(fā)明開發(fā)時米用S3C2440A作為開發(fā)板核心,所述電腦鼠基本實現(xiàn)全貼片元器件材料，實現(xiàn)了單板控制，不僅節(jié)省了控制板占用空間，而且有利于體積和重量的減輕，有利于提高微電腦鼠伺服系統(tǒng)的穩(wěn)定性和動態(tài)性能。
[0044]對于本文設(shè)計的雙核控制器，先把微電腦鼠放在迷宮起始點，在電源打開狀態(tài)下，并根據(jù)按鍵信息決定是自動搜索完成迷宮探索或者是調(diào)取儲存的迷宮信息生成最優(yōu)沖刺路徑，然后微電腦鼠靠前方、左右側(cè)面蔽障傳感器根據(jù)實際導(dǎo)航環(huán)境傳輸參數(shù)給雙核控制器中的ARM9(S3C2440A)，ARM9 (S3C2440A)處理后與FPGA通訊，然后由FPGA結(jié)合光電編碼器的反饋處理兩個獨立電機的伺服控制，并把處理數(shù)據(jù)通訊給ARM9 (S3C2440A)，由ARM9 (S3C2440A)繼續(xù)處理后續(xù)的運行狀態(tài)。
[0045]本發(fā)明的工作原理為:
I)在微電腦鼠打開電源瞬間，系統(tǒng)將會按照圖8的方式完成沖刺，首先系統(tǒng)要完成初始化，然后等待按鍵信息，未接到按鍵信息命令之前，它一般會在起點坐標(biāo)(0，O)等待控制器發(fā)出的沖刺命令，根據(jù)按鍵信息，本發(fā)明有多種沖刺方法:如果按下的是START(啟動)鍵，說明系統(tǒng)要放棄以前的迷宮信息先進行搜索，然后搜索完成后生成優(yōu)化的沖刺迷宮信息，微電腦鼠進入自動多次沖刺階段；如果按下的是RESET (復(fù)位)+STRAT (啟動)鍵，說明系統(tǒng)要調(diào)出已經(jīng)探索后的最優(yōu)迷宮，然后沿著起點開始快速向終點(7，7)、(7，8)、(8，7)、(8，8)沖刺；如果按下的是RESET (復(fù)位)+STRAT (啟動)+SPEED (速度)鍵，說明系統(tǒng)要調(diào)出已經(jīng)探索后的最優(yōu)迷宮，然后沿著起點以設(shè)定的沖刺速度開始快速向終點(7，7)、(7，8)、(8，7)、(8，8)沖刺。
[0046]2)微電腦鼠放在起點坐標(biāo)(0，0)，接到任務(wù)后為了防止放錯沖刺方向，其前方的傳感器S1、S6和會對前方的環(huán)境進行判斷，確定有沒有擋墻進入運動范圍，如存在擋墻將向ARM9 (S3C2440A)發(fā)出中斷請求，ARM9 (S3C2440A)會對中斷做第一時間響應(yīng)，如果ARM9 (S3C2440A)的中斷響應(yīng)沒有來得及處理，微電腦鼠的電機X和電機Y將繼續(xù)自鎖，然后二次判斷迷宮確定前方信息，防止信息誤判；如果沒有擋墻進入前方的運動范圍，微電腦鼠將進行正常的沖刺。
[0047]3)在微電腦啟動沖刺瞬間，傳感器S1、S2、S3、S4、S5、S6 (六個獨立的紅外發(fā)射管0PE5594A發(fā)出的紅外光經(jīng)接收器TSL262接受后轉(zhuǎn)化為周圍迷宮的信息)判斷周圍的環(huán)境并送給ARM9 (S3C2440A)，然后由ARM9 (S3C2440A)根據(jù)沖刺迷宮信息生成圖7的S曲線軌跡生成速度-時間運動圖的指令給定值，這個圖形包含的面積就是微電腦鼠兩個電機X、電機Y要運行的距離SI。然后與FPGA通訊，F(xiàn)PGA根據(jù)速度、加速度參數(shù)指令值然后結(jié)合光電編碼盤和電流傳感器的反饋生成驅(qū)動兩軸直流電機的PWM波與方向。PWM波經(jīng)驅(qū)動橋后驅(qū)動兩個獨立電機，完成整個加速過程直到達到?jīng)_刺設(shè)定速度，并把處理數(shù)據(jù)通訊給ARM9(S3C2440A),由ARM9 (S3C2440A)繼續(xù)處理后續(xù)的運行狀態(tài)。
[0048]4)在微電腦鼠沿著Y軸向前運動如果有Z格坐標(biāo)沒有擋墻進入前方的運動范圍，系統(tǒng)進入自動沖刺子系統(tǒng)1，微電腦鼠將存儲其坐標(biāo)(X，Y)，為了快速行走需要，舍棄了傳統(tǒng)單一速度沖刺模式，按照圖7的S曲線速度-時間圖進行加速和減速，在其向前運動過程中，ARM9(S3C2440A)把向前Z格的距離按照時間要求轉(zhuǎn)化為微電腦鼠需要沖刺的加速度和速度指令值，然后與FPGA通訊，F(xiàn)PGA結(jié)合光電編碼器和電流傳感器的反饋把加速度和速度指令值轉(zhuǎn)化為實際的速度和加速度，由FPGA生成驅(qū)動兩軸直流電機的PWM波信號，經(jīng)驅(qū)動橋后驅(qū)動微電腦鼠到達預(yù)定距離，微電腦鼠在沖刺過程中每經(jīng)過一個方格，將更新其坐標(biāo)為(X，Y+1)，在Y+l〈15的前提下，判斷其坐標(biāo)是不是(7，7)、(7，8)、(8，7)、(8，8)其中的一個，如果不是將繼續(xù)更新其坐標(biāo)，如果是的話通知控制器已經(jīng)沖刺到目標(biāo)，然后置返航探索標(biāo)志為1，沖刺標(biāo)志為0，微電腦鼠準(zhǔn)備沖刺后的二次返程探索，去搜尋更優(yōu)的迷宮路徑。
[0049]5)在微電腦鼠沿著Y軸反向運動過程中如果有多個坐標(biāo)沒有擋墻進入前方的運動范圍，系統(tǒng)進入自動沖刺子系統(tǒng)1，微電腦鼠將存儲此時坐標(biāo)(X，Y)，為了快速行走需要，舍棄了傳統(tǒng)單一速度沖刺模式，按照圖7的速度和時間曲線進行加速和減速，在其向前運動過程中，ARM9(S3C2440A)把向前Z格的距離按照時間要求轉(zhuǎn)化為微電腦鼠需要沖刺的加速度和速度指令值，然后與FPGA通訊，F(xiàn)PGA結(jié)合光電編碼器和電流傳感器的反饋把加速度和速度指令值轉(zhuǎn)化為實際的速度和加速度，由FPGA生成驅(qū)動兩軸直流電機的PWM波信號，經(jīng)驅(qū)動橋后驅(qū)動微電腦鼠到達預(yù)定距離，微電腦鼠在沖刺過程中每經(jīng)過一個方格，，將更新其坐標(biāo)為(X，Y-1)，在確定Y-DO的前提下，判斷其坐標(biāo)是不是(7，7)、(7，8)、(8，7)、(8，8)其中的一個，如果不是將繼續(xù)更新其坐標(biāo)，如果是的話通知控制器已經(jīng)沖刺到目標(biāo)，然后置返航探索標(biāo)志為1，沖刺標(biāo)志為0，微電腦鼠準(zhǔn)備沖刺后的二次返程探索，去搜尋更優(yōu)的迷宮路徑。
[0050]6)在微電腦鼠沿著Y軸向前運動過程中如果有擋墻進入前方的運動范圍，并且此時迷宮信息中左方有擋墻時，系統(tǒng)進入自動沖刺子系統(tǒng)2，微電腦鼠將存儲此時坐標(biāo)(X，Y)，然后進入圖9所示的曲線運動軌跡，在右沖刺轉(zhuǎn)彎時，微電腦鼠將首先前往直線走很短的距離 DashTurn_R90_Leading 傳輸給 ARM9 (S3C2440A)，ARM9 (S3C2440A)根據(jù)沖刺的時間要求，把此距離轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的位置、速度和加速指令然后傳輸給FPGA，F(xiàn)PGA再結(jié)合電機反饋的光電編碼器A、B、Z和電機電流I信號生成控制電機X和電機Y的PWM波，然后經(jīng)過驅(qū)動橋驅(qū)動兩輪電機運轉(zhuǎn)到預(yù)定位置，此時R90_FrontWallRef開始工作，防止外界干擾開始做誤差補償；微電腦鼠然后將DashTurn_R90_Arcl傳輸給ARM9 (S3C2440A)，ARM9 (S3C2440A)根據(jù)新的沖刺時間要求，把此距離轉(zhuǎn)化為響應(yīng)的位置、速度和加速指令然后傳輸給FPGA，F(xiàn)PGA再結(jié)合電機反饋的光電編碼器A、B、Z和電機電流I信號生成控制電機X和電機Y的PWM波和電機的速度DashTurn_R90_VelXl和DashTurn_R90_VelYl，然后經(jīng)過驅(qū)動橋驅(qū)動兩輪電機運轉(zhuǎn)到預(yù)定位置；隨后，微電腦鼠開始調(diào)整速度將微電腦鼠將行走的距離 DashTurn_R90_Arc2 傳輸給 ARM9 (S3C2440A)，ARM9 (S3C2440A)根據(jù)新的沖刺時間要求，把此距離轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的位置、速度和加速指令然后傳輸給FPGA，F(xiàn)PGA再結(jié)合光電編碼器和電機電流的反饋生成控制電機X和電機Y的PWM波和電機的速度DashTurn_R90_VelX2和DashTurn_R90_VelY2，然后經(jīng)過驅(qū)動橋驅(qū)動兩輪電機運轉(zhuǎn)到預(yù)定位置，并且在陀螺儀控制下微電腦鼠已經(jīng)右轉(zhuǎn)90度；微電腦鼠開始調(diào)整速度將微電腦鼠將行走的距離 DashTurn_R90_Passing 傳輸給 ARM9 (S3C2440A)，ARM9 (S3C2440A)根據(jù)新的沖刺時間要求，把此距離轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的位置、速度和加速指令然后傳輸給FPGA，F(xiàn)PGA再結(jié)合光電編碼器和電機電流的反饋生成控制電機X和電機Y的PWM和電機的速度DashTurn_R90_VelX3和DashTurn_R90_VelY3，然后經(jīng)過驅(qū)動橋驅(qū)動兩輪電機運轉(zhuǎn)到預(yù)定位置，經(jīng)過四段不同的速度、和電流的閉環(huán)控制完成整個右轉(zhuǎn)彎的軌跡曲線運動。此時將更新其坐標(biāo)為(X+1，Y)，在X+l〈15的前提下，判斷其坐標(biāo)是不是(7，7)、(7，8)、(8，7)、(8，8)其中的一個，如果不是將繼續(xù)更新其坐標(biāo)，如果是的話通知控制器已經(jīng)沖刺到目標(biāo)，然后置返航探索標(biāo)志為1，沖刺標(biāo)志為0，微電腦鼠準(zhǔn)備沖刺后的二次返程探索，去搜尋更優(yōu)的迷宮路徑；
7)在微電腦鼠沿著Y軸向前運動過程中如果有擋墻進入前方的運動范圍，并且此時迷宮信息中右方有擋墻時，系統(tǒng)進入自動沖刺子系統(tǒng)3，微電腦鼠將存儲此時坐標(biāo)(X，Y)，然后進入圖10所示的曲線運動軌跡，在右沖刺轉(zhuǎn)彎時，微電腦鼠將首先前往直線走很短的距離 DashTurn_L90_Leading 傳輸給 ARM9 (S3C2440A)，ARM9 (S3C2440A)根據(jù)沖刺的時間要求，把此距離轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的位置、速度和加速指令然后傳輸給FPGA，F(xiàn)PGA再結(jié)合電機反饋的光電編碼器A、B、Z和電機電流I信號生成控制電機X和電機Y的PWM波，然后經(jīng)過驅(qū)動橋驅(qū)動兩輪電機運轉(zhuǎn)到預(yù)定位置，此時L90_FrontWallRef開始工作，防止外界干擾開始做誤差補償；微電腦鼠然后將 DashTurn_L90_Arcl 傳輸給 ARM9 (S3C2440A)，ARM9 (S3C2440A)根據(jù)新的沖刺時間要求，把此距離轉(zhuǎn)化為響應(yīng)的位置、速度和加速指令然后傳輸給FPGA，F(xiàn)PGA再結(jié)合電機反饋的光電編碼器A、B、Z和電機電流I信號生成控制電機X和電機Y的PWM波和電機的速度DashTurn_L90_VelXl和DashTurn_L90_VelYl，然后經(jīng)過驅(qū)動橋驅(qū)動兩輪電機運轉(zhuǎn)到預(yù)定位置；隨后，微電腦鼠開始調(diào)整速度將微電腦鼠將行走的距離DashTurn_L90_Arc2傳輸給ARM9 (S3C2440A)，ARM9 (S3C2440A)根據(jù)新的沖刺時間要求，把此距離轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的位置、速度和加速指令然后傳輸給FPGA，F(xiàn)PGA再結(jié)合光電編碼器和電機電流的反饋生成控制電機X和電機Y的PWM波和電機的速度DashTurn_L90_VelX2和DashTurn_L90_VdY2，然后經(jīng)過驅(qū)動橋驅(qū)動兩輪電機運轉(zhuǎn)到預(yù)定位置，并且在陀螺儀控制下微電腦鼠已經(jīng)左轉(zhuǎn)90度；微電腦鼠開始調(diào)整速度將微電腦鼠將行走的距離DaShTurn_L90_PaSSing傳輸給ARM9 (S3C2440A)，ARM9 (S3C2440A)根據(jù)新的沖刺時間要求，把此距離轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的位置、速度和加速指令然后傳輸給FPGA，F(xiàn)PGA再結(jié)合光電編碼器和電機電流的反饋生成控制電機X和電機Y的PWM和電機的速度DashTurn_L90_VelX3和DashTurn_L90_VdY3，然后經(jīng)過驅(qū)動橋驅(qū)動兩輪電機運轉(zhuǎn)到預(yù)定位置，經(jīng)過四段不同的速度、和電流的閉環(huán)控制完成整個右轉(zhuǎn)彎的軌跡曲線運動。此時將更新其坐標(biāo)為(X-1，Y)，在X-DO的前提下，判斷其坐標(biāo)是不是(7，7)、(7，8)、(8，7)、(8，8)其中的一個，如果不是將繼續(xù)更新其坐標(biāo)，如果是的話通知控制器已經(jīng)沖刺到目標(biāo)，然后置返航探索標(biāo)志為1，沖刺標(biāo)志為O,微電腦鼠準(zhǔn)備沖刺后的二次返程探索，去搜尋更優(yōu)的迷宮路徑。
[0051]8)在微電腦鼠沿著X軸、Y軸向前運動過程中如果有類似圖11的樓梯型迷宮擋墻進入前方的運動范圍，系統(tǒng)進入自動沖刺子系統(tǒng)4，微電腦鼠將存儲此時坐標(biāo)(X，Y)，然后進入圖12所示的對角線運動軌跡，在直道坐標(biāo)為(X，Y)時，ARM9 (S3C2440A)使能FPGA，有FPGA控制直流電機X和直流電機Y以相同的速度勻速前進，在前進過程中傳感器S2、S3和S4、S5共同作用，保證微電腦鼠沖刺的時候一定沿著迷宮中線行駛，即將沖出坐標(biāo)為(X，Y)迷宮方格時，微電腦鼠前方傳感器SI和S6將工作，當(dāng)讀到預(yù)設(shè)值時，說明微電腦鼠的前部已經(jīng)進入坐標(biāo)(X，Y+1)，然后把微電腦鼠傳感器SI到電機中心的距離SX傳輸給ARM9 (S3C2440A), ARM9 (S3C2440A)首先把行走直線很短的距離SX按照不同的沖刺條件時間要求轉(zhuǎn)化為速度參數(shù)以及加速度參數(shù)指令值，然后傳輸給控制FPGA，F(xiàn)PGA會根據(jù)這些參數(shù)在結(jié)合光電編碼器和電流的反饋生成驅(qū)動左右輪的PWM波形，控制左右輪的電機向前運動快速；當(dāng)?shù)竭_既定目標(biāo)時，把此時的迷宮坐標(biāo)更新為(X，Y+1);微電腦鼠開始為45度對角線沖刺做姿態(tài)調(diào)整，此時ARM9 (S3C2440A)會把曲線運動軌跡R_Arcl_45按照不同的沖刺條件時間要求轉(zhuǎn)化為速度參數(shù)以及加速度參數(shù)指令值，然后FPGA結(jié)合電機X和電機Y上的光電編碼器和電流傳感器的反饋生成控制左右輪的PWM波，然后控制左右輪以恒定的比值Cl前進；當(dāng)?shù)竭_既定目標(biāo)后，立即調(diào)整微電腦鼠左右輪的速度，ARM9(S3C2440A)把曲線運動軌跡R_Arc2_45按照不同的沖刺條件時間要求轉(zhuǎn)化為速度參數(shù)以及加速度參數(shù)指令值，然后FPGA結(jié)合電機X和電機Y上的光電編碼器和電流傳感器的反饋生成控制左右輪的PWM波，然后控制左右輪以恒定的比值C2前進；在陀螺儀的控制下，保證到達當(dāng)?shù)竭_既定目標(biāo)A點時曲線R_Arc2_45的斜率為45度，然后控制器把直線行走很短的距離Passingl按照不同的沖刺條件時間要求轉(zhuǎn)化為速度參數(shù)以及加速度參數(shù)指令值，然后FPGA結(jié)合電機X和電機Y上的光電編碼器和電流傳感器的反饋生成控制左右輪的PWM波，然后控制左右輪以相同的加速度和速度前進，當(dāng)?shù)竭_既定目標(biāo)后通過三段不同的軌跡完成整個右轉(zhuǎn)彎45度方向改變的軌跡曲線運動，微電腦鼠進入對角線沖刺階段，此時前方傳感器SI和S6開始工作；ARM9(S3C2440A)首先把行走直線距離按照不同的沖刺條件時間要求轉(zhuǎn)化為速度參數(shù)以及加速度參數(shù)指令值，然后FPGA結(jié)合電機X和電機Y上的光電編碼器、電流傳感器的反饋和傳感器SI和S6對前方柱子的探測，生成控制左右輪的PWM波，然后控制左右輪以相同的加速度和速度直線前進；當(dāng)?shù)竭_既定目標(biāo)時，微電腦鼠完成在坐標(biāo)(X+l，Y+1)到坐標(biāo)(X+1，Y+2 )下的對角線沖刺，微電腦鼠完成一格樓梯迷宮的沖刺，把此時的迷宮坐標(biāo)更新為(X+2，Y+3);依次類推，微電腦鼠完成Z格樓梯迷宮的沖刺，更新迷宮為(X+Z+l，Y+Z+2),微電腦鼠開始做轉(zhuǎn)出動作，此時控制器會把曲線運動軌跡L_Arc3_45按照不同的沖刺條件時間要求轉(zhuǎn)化為速度參數(shù)以及加速度參數(shù)指令值，然后FPGA結(jié)合電機X和電機Y上的光電編碼器和電流傳感器的反饋生成控制左右輪的PWM波，然后控制左右輪以恒定的比值C3前進；當(dāng)?shù)竭_既定目標(biāo)后，立即調(diào)整微電腦鼠左右輪的速度，控制器把曲線運動軌跡L_Arc4_45按照不同的沖刺條件時間要求轉(zhuǎn)化為速度參數(shù)以及加速度參數(shù)指令值，然后FPGA結(jié)合電機X和電機Y上的光電編碼器和電流傳感器的反饋生成控制左右輪的PWM波，然后控制左右輪以恒定的比值C4前進；在陀螺儀的控制下，保證到達當(dāng)?shù)竭_既定目標(biāo)B點時曲線1^八1^4_45的斜率為O度，然后控制器把直線行走很短的距離Passing2按照不同的沖刺條件時間要求轉(zhuǎn)化為速度參數(shù)以及加速度參數(shù)指令值，然后FPGA結(jié)合電機X和電機Y上的光電編碼器和電流傳感器的反饋生成控制左右輪的PWM波，然后控制左右輪以相同的加速度和速度前進，當(dāng)?shù)竭_既定目標(biāo)后通過三段不同的軌跡完成在坐標(biāo)(X+Z+l，Y+Z+1)下整個左轉(zhuǎn)彎45度曲線軌跡的運動，微電腦鼠完成對角線沖刺后變?yōu)橹甭返能壽E改變，微電腦鼠進入直線沖刺階段，此時前方傳感器S2、S3、S4和S5開始工作，進入直線導(dǎo)航；并更新當(dāng)前坐標(biāo)為(X+Z+l，Y+Z+2)在X+Z+K15和Y+Z+2〈15的前提下，判斷其坐標(biāo)是不是(7，7)、(7，
8)、(8，7)、(8，8)其中的一個，如果不是將繼續(xù)更新其坐標(biāo)，如果是的話通知控制器已經(jīng)沖刺到目標(biāo)，然后置返航探索標(biāo)志為I，沖刺標(biāo)志為O,微電腦鼠準(zhǔn)備沖刺后的二次返程探索，去搜尋更優(yōu)的迷宮路徑。
[0052]9)在微電腦鼠沿著X軸、Y軸向前運動過程中如果有類似圖13的U型迷宮擋墻進入前方的運動范圍，系統(tǒng)進入自動沖刺子系統(tǒng)5,微電腦鼠將存儲此時坐標(biāo)(X，Y),然后進入圖14、圖15所示的曲線運動軌跡，在一次右沖刺轉(zhuǎn)彎時，ARM9 (S3C2440A)首先把行走直線很短的距離Leadingl按照不同的沖刺條件時間要求轉(zhuǎn)化為速度參數(shù)以及加速度參數(shù)指令值，然后傳輸給FPGA，F(xiàn)PGA結(jié)合電機X和電機Y上的光電編碼器和電流傳感器的反饋生成控制左右輪的PWM波，然后通過驅(qū)動橋控制左右輪以相同的加速度和速度直線前進；當(dāng)?shù)竭_既定目標(biāo)時，把此時的迷宮坐標(biāo)更新為(X，Υ+1)，傳感器參考值R90_FrontWalIRef開始工作，防止外界干擾開始做誤差補償。誤差補償結(jié)束后，控制器會把曲線運動軌跡R_Arcl按照不同的沖刺條件時間要求轉(zhuǎn)化為速度參數(shù)以及加速度參數(shù)指令值，然后傳輸給FPGA, FPGA結(jié)合電機X和電機Y上的光電編碼器和電流傳感器的反饋生成控制左右輪的PWM波，然后通過驅(qū)動橋控制左右輪的速度以恒定的比值轉(zhuǎn)彎；當(dāng)?shù)竭_既定目標(biāo)后，立即調(diào)整微電腦鼠的速度，控制器會把曲線運動軌跡R_Arc2按照不同的沖刺條件時間要求轉(zhuǎn)化為速度參數(shù)以及加速度參數(shù)指令值，然后傳輸給FPGA，F(xiàn)PGA結(jié)合電機X和電機Y上的光電編碼器和電流傳感器的反饋生成控制左右輪的PWM波，然后通過驅(qū)動橋控制左右輪的速度以恒定的比值轉(zhuǎn)彎；當(dāng)?shù)竭_既定目標(biāo)后，在陀螺儀控制下微電腦鼠已經(jīng)右轉(zhuǎn)90度，控制器把直線行走很短的距離PaSSingl+Leading2，按照不同的沖刺條件時間要求轉(zhuǎn)化為速度參數(shù)以及加速度參數(shù)指令值，然后傳輸給FPGA，F(xiàn)PGA結(jié)合電機X和電機Y上的光電編碼器和電流傳感器的反饋生成控制左右輪的PWM波，然后通過驅(qū)動橋控制左右輪以相同的加速度和速度前進，當(dāng)傳感器S5的值產(chǎn)生有低電平到高電平的躍變時，更新微電腦鼠坐標(biāo)為(X+1，Y+1)，微電腦鼠繼續(xù)以當(dāng)前的速度和加速前進，當(dāng)?shù)竭_既定目標(biāo)時，傳感器參考值R90_FrOntWallRef開始工作，防止外界干擾開始做誤差補償。誤差補償結(jié)束后，微電腦鼠繼續(xù)右轉(zhuǎn)，控制器會把曲線運動軌跡R_Arcl按照不同的沖刺條件時間要求轉(zhuǎn)化為速度參數(shù)以及加速度參數(shù)指令值，然后傳輸給FPGA，F(xiàn)PGA結(jié)合電機X和電機Y上的光電編碼器和電流傳感器的反饋生成控制左右輪的PWM波，然后通過驅(qū)動橋控制左右輪的速度以恒定的比值轉(zhuǎn)彎；當(dāng)?shù)竭_既定目標(biāo)后，立即調(diào)整微電腦鼠的速度，控制器會把曲線運動軌跡R_Arc2按照不同的沖刺條件時間要求轉(zhuǎn)化為速度參數(shù)以及加速度參數(shù)指令值，然后傳輸給FPGA, FPGA結(jié)合電機X和電機Y上的光電編碼器和電流傳感器的反饋生成控制左右輪的PWM波，然后通過驅(qū)動橋控制左右輪的速度以恒定的比值轉(zhuǎn)彎；當(dāng)?shù)竭_既定目標(biāo)后，在陀螺儀控制下微電腦鼠已經(jīng)右轉(zhuǎn)90度，控制器把直線行走很短的距離Passing2按照不同的沖刺條件時間要求轉(zhuǎn)化為速度參數(shù)以及加速度參數(shù)指令值，然后傳輸給FPGA，F(xiàn)PGA結(jié)合電機X和電機Y上的光電編碼器和電流傳感器的反饋生成控制左右輪的PWM波，然后通過驅(qū)動橋控制左右輪相同的加速度和速度前進，到達既定目標(biāo)后，微電腦鼠完成一個U型迷宮的沖刺，更新微電腦鼠坐標(biāo)為(X+1，Y)，并判斷其坐標(biāo)是不是(7，7)、(7，8)、(8，7)、(8，8)其中的一個，如果不是將繼續(xù)更新其坐標(biāo)，如果是的話通知控制器已經(jīng)沖刺到目標(biāo)，然后置返航探索標(biāo)志為1，沖刺標(biāo)志為O，微電腦鼠準(zhǔn)備沖刺后的二次返程探索，去搜尋更優(yōu)的迷宮路徑。
[0053]10)當(dāng)微電腦鼠沖刺到達(7，7)、(7，8)、(8，7)、(8，8)后，會準(zhǔn)備沖刺后的返程探索以便搜尋更優(yōu)的路徑，ARM9(S3C2440A)會調(diào)出其已經(jīng)存儲的迷宮信息，然后計算出可能存在的其它最佳路徑，然后返程開始進入其中認(rèn)為最優(yōu)的一條。
[0054]11)在微電腦鼠進入迷宮返程探索時，其導(dǎo)航的傳感器S1、S2、S3、S4、S5、S6將工作，并把反射回來的光電信號送給ARM9 (S3C2440A)，經(jīng)ARM9 (S3C2440A)判斷后送給FPGA，由FPGA運算后與ARM9(S3C2440A)進行通訊，然后由控制器送控制信號給導(dǎo)航的電機X和電機Y進行確定:如果進入已經(jīng)搜索的區(qū)域?qū)⑦M行快速前進，如果是未知返回區(qū)域則采用正常速度搜索，并時刻更新其坐標(biāo)(X，Y)，并判斷其坐標(biāo)是不是(0，0)，如果是的話置返航探索標(biāo)志為O,微電腦鼠進入沖刺階段,并置沖刺標(biāo)志為I。
[0055]12)為了能夠?qū)崿F(xiàn)微電腦鼠準(zhǔn)確的坐標(biāo)計算功能，本發(fā)明在高速直流電機X軸和Y軸上加入了 512線的光電編碼器，時刻對微電腦鼠運行的距離進行計算并根據(jù)迷宮擋墻和柱子對傳感器反饋信息不同的特點引入了補償，使得微電腦鼠的沖刺坐標(biāo)計算不會出現(xiàn)錯誤。
[0056]13)為了能夠減少光源對微電腦鼠沖刺的干擾，本發(fā)明加入了光電補償傳感器7S8，此傳感器會在微電腦鼠沖刺階段對周圍的異常光源進行讀取，并自動送給控制器做實時補償，消除了外界光源對沖刺的干擾。
[0057]14)在微電腦鼠運行過程中，ARM9 (S3C2440A)會對直流電機X和電機Y的轉(zhuǎn)矩進行在線辨識，當(dāng)電機的轉(zhuǎn)矩受到外界干擾出現(xiàn)較大抖動時，控制器會利用直流電機力矩與電流的關(guān)系進行時候補償，減少了電機轉(zhuǎn)矩抖動對微電腦鼠高速沖刺的影響。
[0058]15)當(dāng)微電腦完成整個沖刺過程到達(7，7)、(7，8)、(8，7)、(8，8)，微電腦鼠會置探索標(biāo)志為I，微電腦鼠返程探索回到起始點(0，0)，ARM9 (S3C2440A)將控制FPGA使得微電腦鼠在起始坐標(biāo)(0，0)中心點停車，然后重新調(diào)整FPGA的PWM波輸出，使得電機X和電機Y以相反的方向運動，并在陀螺儀的控制下，原地旋轉(zhuǎn)180度，然后停車I秒，二次調(diào)取迷宮信息，然后根據(jù)算法算出優(yōu)化迷宮信息后的最優(yōu)沖刺路徑，然后置沖刺標(biāo)志為1，系統(tǒng)進入二次快速沖刺階段。然后按照沖刺——探索沖刺，完成多次的沖刺，以達到快速沖刺的目的。
[0059]本發(fā)明的有益效果為:
Cl)同時采用ARM9處理器和FPGA處理器分工工作，由FPGA處理器處理微電腦鼠高速沖刺時的兩只高速直流電機的同步伺服控制，使得控制比較簡單，大大提高了運算速度，避免產(chǎn)生大電流，縮短了開發(fā)周期短，并且程序可移植能力強；有效地防止了程序的跑飛，抗干擾能力大大增強；時刻監(jiān)測鋰離子電池的剩余容量，有利于了解電池的能量狀態(tài)，當(dāng)電池能量狀態(tài)較低時，可以在沖刺前提前換掉電池，從而減少了電池對高速沖刺的誤干擾；
(2 )在微電腦鼠快速沖刺過程中，所述ARM9處理器能夠?qū)χ绷麟姍CX和電機Y的轉(zhuǎn)矩進行在線辨識并利用直流電機力矩與電流的關(guān)系進行補償，減少了電機轉(zhuǎn)矩抖動對微電腦鼠快速沖刺的影響；
(3)所述陀螺儀可以按時間累計確定角坐標(biāo)和測量車輪轉(zhuǎn)速，這對于微電腦鼠連續(xù)旋轉(zhuǎn)一定角度計算具有導(dǎo)航作用，可以實現(xiàn)兩輪微電腦鼠的速度大小和方向的獨立控制，有利于提高微電腦鼠沖刺時的穩(wěn)定性和動態(tài)性能，使微電腦鼠更容易實現(xiàn)曲線軌跡的轉(zhuǎn)動；
(4)所述數(shù)據(jù)存儲模塊能夠存儲微電腦鼠的迷宮探索信息，有利于提取對應(yīng)信息并優(yōu)化二次沖刺的路徑，降低沖刺時間；
(5)所述LM629控制模塊依據(jù)具體路徑調(diào)取不同沖刺模塊控制沖刺方向和沖刺速度，自動沖刺，杜絕接觸扣分，快捷安全；
(6)所述兩輪微電腦鼠包括兩種沖刺模式，滿足現(xiàn)實比賽的需求；
(7)采用S型加減速曲線在任何一點的加速度都是連續(xù)變化的，從而避免了微電腦鼠系統(tǒng)的柔性沖擊，速度的平滑性很好，運動精度高。
[0060]以上所述僅為本發(fā)明的實施例，并非因此限制本發(fā)明的專利范圍，凡是利用本發(fā)明說明書內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)或等效流程變換，或直接或間接運用在其它相關(guān)的【技術(shù)領(lǐng)域】，均同理包括在本發(fā)明的專利保護范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種基于雙核兩輪極速微電腦鼠對角線沖刺伺服系統(tǒng)，應(yīng)用于兩輪微電腦鼠中，其特征在于，所述沖刺伺服系統(tǒng)包括沖刺中心控制單元、第一運動驅(qū)動單元、第二運動驅(qū)動單元、第一高速直流電機、第二高速直流電機和電源供應(yīng)單元，所述電源供應(yīng)單元包括鋰離子電池，所述沖刺中心控制單元包括ARM9處理器和FPGA處理器，所述ARM9處理器與FPGA處理器電性連接以傳輸控制信號和數(shù)據(jù)信息，所述FPGA處理器分別與所述第一運動驅(qū)動單元和第二運動驅(qū)動單元電性連接，所述第一運動驅(qū)動單元進一步與所述第一高速直流電機電性連接，所述第二運動驅(qū)動單元進一步與所述第二高速直流電機電性連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于雙核兩輪極速微電腦鼠對角線沖刺伺服系統(tǒng)，其特征在于，所述第一高速直流電機和第二高速直流電機上均進一步設(shè)置光電編碼器和電流傳感器，所述光電編碼器和電流傳感器分別與所述FPGA處理器電性連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于雙核兩輪極速微電腦鼠對角線沖刺伺服系統(tǒng)，其特征在于，所述沖刺伺服系統(tǒng)進一步包括至少六個蔽障傳感器，所述ARM9處理器分別與每一個所述蔽障傳感器電性連接以接收蔽障傳感器檢測到的環(huán)境信息，所述蔽障傳感器為紅外線傳感器，所述紅外線傳感器包括紅外線發(fā)射器0PE5594A和紅外線接收器TSL262。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于雙核兩輪極速微電腦鼠對角線沖刺伺服系統(tǒng)，其特征在于，所述沖刺伺服系統(tǒng)進一步包括第一陀螺儀和第二陀螺儀，第一陀螺儀包括微機械角速度傳感器，第二陀螺儀包括速度傳感器，所述第一陀螺儀和第二陀螺儀分別與所述ARM9處理器電性連接以將檢測到的角速度信息和速度信息傳送至ARM9處理器。
5.一種兩輪微電腦鼠，其特征在于，包括如權(quán)利要求1至4任一所述的沖刺伺服系統(tǒng)，所述兩輪微電腦鼠進一步包括殼體(1)、第一車輪(2)和第二車輪(3)，所述殼體內(nèi)部設(shè)置所述沖刺伺服系統(tǒng)，所述第一車輪和第二車輪分別設(shè)置在所述殼體兩側(cè)，所述第一車輪與所述第一高速直流電機連 接，所述第二車輪與所述第二高速直流電機連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的兩輪微電腦鼠，其特征在于，所述第一車輪的轉(zhuǎn)軸與所述第一陀螺儀連接，所述第二車輪的轉(zhuǎn)軸與所述第二陀螺儀連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的兩輪微電腦鼠，其特征在于，所述兩輪微電腦鼠進一步包括光電補償傳感器和光電補償傳感器，所述電壓傳感器和光電補償傳感器分別與所述ARM處理器電性連接。
8.—種如權(quán)利要求7所述兩輪微電腦鼠的控制方法，其特征在于，包括運動控制模塊和上位機控制模塊，所述上位機控制模塊包括迷宮讀取單元、坐標(biāo)定位單元和在線輸出單元，所述運動控制模塊包括數(shù)據(jù)存儲單元，輸入輸出單元和FPGA控制單元，所述FPGA控制單元包括直線沖刺單元、右轉(zhuǎn)沖刺單元、左轉(zhuǎn)沖刺單元、對角線沖刺單元和U形沖刺單元。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的兩輪微電腦鼠的控制方法，其特征在于，所述FPGA控制單元控制所述兩輪微電腦鼠在每一段運動路程內(nèi)中的沖刺速度，所述沖刺速度依次分為加速運動階段、勻速運動階段和減速運動階段；在所述加速運動階段和所述減速運動階段，兩輪微電腦鼠的加速度均從O開始逐漸增大，接著保持不變，最后逐漸減小至O。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的兩輪微電腦鼠的控制方法，其特征在于，包括探索沖刺和直接沖刺兩種沖刺模式，所述直接沖刺模式進一步包括定速沖刺模式和不定速沖刺模式；在所述探索沖刺模式下，所述兩輪微電腦鼠自動搜索完成迷宮探索到達終點后再返回起點，最后調(diào)取探索過程中獲取的迷宮信息快速沖刺到終點；在直接沖刺模式下，所述兩輪微電腦鼠直接調(diào)取歷史迷宮信息`快速沖刺到終點。
【文檔編號】G05B19/042GK103529837SQ201310443875
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2013年9月26日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月26日
【發(fā)明者】李紅益, 張好明, 王應(yīng)海 申請人:蘇州工業(yè)園區(qū)職業(yè)技術(shù)學(xué)院