本實(shí)用新型涉及一種單核三軸四輪變結(jié)構(gòu)微微鼠（PICOMOUSE）自動(dòng)沖刺伺服控制系統(tǒng)，屬于微型迷宮機(jī)器人領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

隨著微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的不斷進(jìn)步，國(guó)外專家在微電腦鼠求解迷宮的技術(shù)基礎(chǔ)之上提出了一種更具有挑戰(zhàn)性的迷宮機(jī)器人---微微鼠，其常用二維結(jié)構(gòu)如圖1所示。為增強(qiáng)迷宮復(fù)雜程度以及老鼠求解迷宮的難度，迷宮擋墻由原有的180mm變成了90mm，原有的迷宮由16*16格變成了32*32格，新的迷宮二維結(jié)構(gòu)如圖2所示。電源一旦打開，微微鼠全程完全依靠自身攜帶的傳感器自動(dòng)導(dǎo)航，并求解由1024個(gè)迷宮格組成的各種復(fù)雜迷宮，能夠快速?gòu)钠瘘c(diǎn)找到一條到達(dá)設(shè)定目標(biāo)點(diǎn)的最佳路徑，然后以最快的速度沖刺到終點(diǎn)。

微微鼠作為一種新型的迷宮機(jī)器人技術(shù)，每年世界上有諸多國(guó)家和地區(qū)在展開這種技術(shù)的競(jìng)爭(zhēng)，并具有不同的競(jìng)賽規(guī)則。微微鼠在整個(gè)迷宮中的行走分為兩部分：探索和沖刺，相應(yīng)花費(fèi)的時(shí)間為探索時(shí)間TS和沖刺時(shí)間TD以及由于違規(guī)而出現(xiàn)的加罰時(shí)間TP，微微鼠的最終性能TIME由TS、TD和TP來決定，其中最具有代表性的是日本、美國(guó)、英國(guó)和新加坡。

日本規(guī)則如下：TIME=TD；

美國(guó)規(guī)則如下：TIME=TS/30+TD+TP，其中TP為微微鼠出現(xiàn)故障的加罰時(shí)間；

英國(guó)規(guī)則如下：TIME=TS/30+TD+TP，其中TP為微微鼠出現(xiàn)故障的加罰時(shí)間；

新加坡規(guī)則如下：TIME=TS/60+TD+TP，其中TP為微微鼠出現(xiàn)故障的加罰時(shí)間。

從上面的國(guó)際規(guī)則可以看出，微微鼠求解迷宮的最終目標(biāo)就是快速?gòu)囊稽c(diǎn)沖刺到終點(diǎn)，沖刺在微微鼠的整個(gè)運(yùn)動(dòng)中占有非常重要的位置，一旦微微鼠迷宮沖刺失敗，微微鼠的整個(gè)功能也就無法實(shí)現(xiàn)。

微微鼠在迷宮中沖刺過程中要時(shí)刻判斷周圍的環(huán)境，然后傳輸參數(shù)到控制器，由控制器反復(fù)控制其在迷宮方格中精確的加速和減速運(yùn)動(dòng)。一只優(yōu)秀的微微鼠求解迷宮必須具備良好的感知能力，有良好的行走能力，優(yōu)秀的智能算法，否則將無法完成任務(wù)。如果采用現(xiàn)有的簡(jiǎn)易算法和結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)微微鼠迷宮沖刺，在實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)：

（1）由于求解迷宮數(shù)目的大量增加，且迷宮探測(cè)設(shè)置點(diǎn)不在是原有的迷宮中心，而是迷宮中的任意一格，使得原有的簡(jiǎn)易微微鼠求解迷宮技術(shù)無法求解現(xiàn)有的復(fù)雜迷宮；

（2）由于微微鼠尺寸的大幅減少，如果微微鼠采用圖1中的六組傳感器技術(shù)來完成復(fù)雜迷宮中的沖刺環(huán)境探測(cè)，將加大沖刺采樣周期，并導(dǎo)致沖刺時(shí)間較長(zhǎng)，微微鼠最終競(jìng)爭(zhēng)失敗；

（3）一些簡(jiǎn)易微微鼠樣機(jī)伺服系統(tǒng)采用比較低級(jí)的芯片和算法，使得微微鼠在迷宮當(dāng)中的沖刺一般都要花費(fèi)較長(zhǎng)的時(shí)間，不僅消耗了大量電池的能量，而且在真正的大賽中也無法取勝；

（4）由于迷宮擋墻尺寸的減少，使得微微鼠單格沖刺運(yùn)行的距離減少，微微鼠在探索過程中的頻繁剎車和啟動(dòng)加重了單片機(jī)的工作量，單一的單片機(jī)無法滿足微微鼠快速?zèng)_刺啟動(dòng)和停車的要求；

（5）對(duì)于兩輪驅(qū)動(dòng)的微微鼠來高速?zèng)_刺系統(tǒng)來說一般要求驅(qū)動(dòng)其運(yùn)動(dòng)的兩個(gè)電機(jī)PWM控制信號(hào)要同步，受計(jì)算能力的限制單一單片機(jī)伺服系統(tǒng)很難滿足這一條件，微微鼠在直道上高速?zèng)_刺時(shí)不能準(zhǔn)確的行走在中線上，很容易撞到迷宮擋墻，導(dǎo)致任務(wù)失??；

（6）由于受單片機(jī)容量和算法影響，微微鼠無法存儲(chǔ)迷宮信息，當(dāng)遇到掉電情況時(shí)所有的信息將消失，這使得整個(gè)沖刺過程失敗，必須重新探索迷宮；

（7）微微鼠在迷宮高速?zèng)_刺時(shí)，易于受到外界干擾，由于沒有進(jìn)行及時(shí)補(bǔ)償導(dǎo)致微微鼠碰撞迷宮擋墻，最終無法完成任務(wù)；

（8）兩輪微微鼠系統(tǒng)在加速?zèng)_刺時(shí)由于重心后移，使得老鼠前部輕飄，即使在良好的路面上微微鼠也會(huì)打滑，有可能導(dǎo)致撞墻的現(xiàn)象出現(xiàn)，不利于高速微微鼠的發(fā)展；

（9）兩輪微微鼠系統(tǒng)如果設(shè)計(jì)不當(dāng)造成重心前偏，將導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)輪上承受的正壓力減小，這時(shí)微微鼠系統(tǒng)更加容易打滑，也更容易走偏，導(dǎo)致沖刺失??；

（10）兩輪微微鼠系統(tǒng)如果設(shè)計(jì)不當(dāng)造成重心側(cè)偏將導(dǎo)致兩個(gè)驅(qū)動(dòng)輪承受的正壓力不同，在快速?zèng)_刺時(shí)兩輪打滑程度不一致，瞬間就偏離軌跡，轉(zhuǎn)彎時(shí)，其中正壓力小的輪子可能打滑，導(dǎo)致轉(zhuǎn)彎困難；

（11）由于傳統(tǒng)的微微鼠沖刺控制系統(tǒng)多采用光電編碼器實(shí)現(xiàn)老鼠的速度和位置的反饋，由于光電編碼器的體積較大，使得微微鼠的體積相對(duì)較大，無法實(shí)現(xiàn)微微鼠的微型化發(fā)展。

（12）由于比賽場(chǎng)地的灰塵較大，特別是迷宮經(jīng)過多次比賽后，迷宮地板上吸附的灰塵較大，使得快速?zèng)_刺的微微鼠很容易打滑，最終導(dǎo)致微微鼠無法完成沖刺任務(wù)；

（13）由于傳統(tǒng)微微鼠采用的集成驅(qū)動(dòng)芯片體積較大，微微鼠的體積無法微型化且重量較大，在相同功率直流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)下無法取得足夠大的加速度，系統(tǒng)的快速?zèng)_刺性能較弱。

微微鼠迷宮沖刺技術(shù)是國(guó)際新興的一門技術(shù)， 由于微微鼠技術(shù)的難度較高以及迷宮設(shè)計(jì)的復(fù)雜性，導(dǎo)致國(guó)內(nèi)還沒有研發(fā)此機(jī)器人的單位。本實(shí)用新型借助現(xiàn)有的先進(jìn)控制技術(shù)以及先進(jìn)控制芯片設(shè)計(jì)一種三軸四輪帶真空吸附的微微鼠迷宮快速?zèng)_刺伺服控制器。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型主要解決的技術(shù)問題是提供一種單核三軸四輪變結(jié)構(gòu)微微鼠沖刺控制器，為克服單片機(jī)不能滿足微微鼠在復(fù)雜迷宮快速?zèng)_刺的要求，參考國(guó)外微微鼠所采用的單機(jī)工作模式，在吸收國(guó)外先進(jìn)控制思想的前提下，自主研發(fā)了基于STM32F405的全新三軸四輪變結(jié)構(gòu)微微鼠快速?zèng)_刺伺服控制器，控制板以STM32F405為處理核心，實(shí)現(xiàn)微微鼠迷宮沖刺的時(shí)數(shù)字信號(hào)的實(shí)時(shí)處理，并實(shí)現(xiàn)對(duì)兩軸驅(qū)動(dòng)控制芯片A3906SESTR-T的信號(hào)輸入和控制，快速響應(yīng)中斷，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信和存儲(chǔ)實(shí)時(shí)信號(hào)。

為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型采用的一個(gè)技術(shù)方案是：提供了一種單核三軸四輪變結(jié)構(gòu)微微鼠沖刺控制器，包括微微鼠殼體、車輪、第一紅外傳感器、第三紅外傳感器、第四紅外傳感器、第六紅外傳感器、第一高速直流伺服電機(jī)、第二高速直流伺服電機(jī)、真空吸附電機(jī)、第一磁電編碼器、第二磁電編碼器、運(yùn)動(dòng)傳感器以及采樣傳感器，四個(gè)所述的車輪分別兩兩設(shè)置在微微鼠殼體的左右兩側(cè)邊，所述的第一紅外傳感器和第六紅外傳感器分別設(shè)置在微微鼠殼體的左右兩側(cè)邊并位于車輪的前端，所述的第三紅外傳感器和第四紅外傳感器分別斜向設(shè)置在第一紅外傳感器和第六紅外傳感器的內(nèi)側(cè)邊，所述的第一高速直流伺服電機(jī)和第二高速直流伺服電機(jī)分別安裝在微微鼠殼體的左右兩邊并位于兩個(gè)車輪之間的位置，所述的真空吸附電機(jī)設(shè)置在第一高速直流伺服電機(jī)和第二高速直流伺服電機(jī)上方的中間位置，所述的第一磁電編碼器和第二磁電編碼器分別設(shè)置在第一高速直流伺服電機(jī)和第二高速直流伺服電機(jī)的下方，所述的運(yùn)動(dòng)傳感器和采樣傳感器依次設(shè)置在真空吸附電機(jī)的下方。

在本實(shí)用新型一個(gè)較佳實(shí)施例中，所述的第三傳感器和第四傳感器斜向設(shè)置時(shí)與Y軸之間的夾角大小為：。

在本實(shí)用新型一個(gè)較佳實(shí)施例中，所述的第一磁電編碼器和第二磁電編碼器均采用基于磁電傳感器AS5040H的編碼器。

在本實(shí)用新型一個(gè)較佳實(shí)施例中，所述的車輪上均設(shè)置有真空吸盤。

在本實(shí)用新型一個(gè)較佳實(shí)施例中，所述的單核三軸四輪變結(jié)構(gòu)微微鼠沖刺控制器還包括控制板，所述的控制板分別發(fā)出第一控制信號(hào)、第二控制信號(hào)和第三控制信號(hào)，由所述的第一控制信號(hào)、第二控制信號(hào)和第三控制信號(hào)分別控制所述的第二高速直流伺服電機(jī)、第一高速直流伺服電機(jī)和真空吸附電機(jī)的信號(hào)合成之后再控制微微鼠的運(yùn)動(dòng)。

在本實(shí)用新型一個(gè)較佳實(shí)施例中，所述的控制板采用STM32F405沖刺伺服控制，STM32F405沖刺伺服控制是基于STM32F405的控制器中引入多軸集成專用驅(qū)動(dòng)芯片A3906SESTR-T，所述的控制板以STM32F405為處理核心。

在本實(shí)用新型一個(gè)較佳實(shí)施例中，所述的單核三軸四輪變結(jié)構(gòu)微微鼠沖刺控制器還設(shè)置有上位機(jī)程序和運(yùn)動(dòng)控制程序，所述的上位機(jī)程序包括路徑讀取、迷宮更新、迷宮存儲(chǔ)和參數(shù)輸出，所述的運(yùn)動(dòng)控制程序包括基于STM32F405三軸四輪微微鼠沖刺伺服控制、迷宮定位和方向控制。

在本實(shí)用新型一個(gè)較佳實(shí)施例中，所述的基于STM32F405三軸四輪微微鼠沖刺伺服控制還包括相互連接的基于變結(jié)構(gòu)兩軸四輪微微鼠迷宮沖刺伺服控制和單軸真空吸盤吸附伺服控制，所述的基于變結(jié)構(gòu)兩軸四輪微微鼠迷宮沖刺伺服控制包括基于最小傳感采樣系統(tǒng)沖刺位置模塊、基于最小傳感采樣系統(tǒng)沖刺速度模塊和基于最小傳感采樣系統(tǒng)沖刺加速度模塊；所述的單軸真空吸盤吸附伺服控制包括吸盤位置模塊、吸盤速度模塊和吸盤加速度模塊。

本實(shí)用新型的有益效果是：本實(shí)用新型的單核三軸四輪變結(jié)構(gòu)微微鼠沖刺控制器，提高了單核微微鼠全數(shù)字伺服系統(tǒng)的穩(wěn)定性，有效防止了微微鼠在高速迷宮沖刺時(shí)的地面打滑，避免了微微鼠遠(yuǎn)遠(yuǎn)偏離中心位置現(xiàn)象的發(fā)生，提高了其快速?zèng)_刺時(shí)的穩(wěn)定性，增加了微微鼠與地面的接觸面積，減少了兩輪微微鼠由于機(jī)械結(jié)構(gòu)造成的高速?zèng)_刺失速問題的發(fā)生，使得微微鼠具有更好的快速?zèng)_刺功能。

附圖說明

為了更清楚地說明本實(shí)用新型實(shí)施例中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實(shí)用新型的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)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為二輪驅(qū)動(dòng)微微鼠二維圖；

圖2為微微鼠32*32迷宮示意圖；

圖3基于A3906SESTR-T兩軸微微鼠沖刺伺服控制系統(tǒng)連接示意圖；

圖4為三軸四輪變結(jié)構(gòu)微微鼠二維沖刺原理結(jié)構(gòu)圖；

圖5為基于STM32F405三軸四輪變結(jié)構(gòu)微微鼠原理框圖；

圖6為基于STM32F405三軸四輪變結(jié)構(gòu)微微鼠沖刺程序框圖；

圖7為微微鼠速度曲線圖；

圖8為微微鼠右轉(zhuǎn)沖刺示意圖；

圖9為微微鼠右轉(zhuǎn)沖刺速度時(shí)間示意圖；

圖10為微微鼠左轉(zhuǎn)沖刺意義圖。

具體實(shí)施方式

下面將對(duì)本實(shí)用新型實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅是本實(shí)用新型的一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒緦?shí)用新型中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其它實(shí)施例，都屬于本實(shí)用新型保護(hù)的范圍。

如圖4所示，本實(shí)用新型實(shí)施例包括：

一種單核三軸四輪變結(jié)構(gòu)微微鼠沖刺控制器，包括微微鼠殼體、車輪、第一紅外傳感器S1、第三紅外傳感器S3、第四紅外傳感器S4、第六紅外傳感器S6、第一高速直流伺服電機(jī)Y、第二高速直流伺服電機(jī)X、真空吸附電機(jī)M、第一磁電編碼器M1、第二磁電編碼器M2、運(yùn)動(dòng)傳感器G1以及采樣傳感器L1，四個(gè)所述的車輪分別兩兩設(shè)置在微微鼠殼體的左右兩側(cè)邊，所述的第一紅外傳感器S1和第六紅外傳感器S6分別設(shè)置在微微鼠殼體的左右兩側(cè)邊并位于車輪的前端，所述的第三紅外傳感器S3和第四紅外傳感器S4分別斜向設(shè)置在第一紅外傳感器S1和第六紅外傳感器S6的內(nèi)側(cè)邊，所述的第一高速直流伺服電機(jī)Y和第二高速直流伺服電機(jī)X分別安裝在微微鼠殼體的左右兩邊并位于兩個(gè)車輪之間的位置，所述的真空吸附電機(jī)M設(shè)置在第一高速直流伺服電機(jī)Y和第二高速直流伺服電機(jī)X上方的中間位置，所述的第一磁電編碼器M1和第二磁電編碼器M2分別設(shè)置在第一高速直流伺服電機(jī)Y和第二高速直流伺服電機(jī)X的下方，所述的運(yùn)動(dòng)傳感器G1和采樣傳感器L1依次設(shè)置在真空吸附電機(jī)M的下方。其中，所述的車輪包括X輪、Y輪、R輪和Z輪。

上述中，所述的第三傳感器S1和第四傳感器S4斜向設(shè)置時(shí)與Y軸之間的夾角大小為：。

在本實(shí)施例中，所述的第一磁電編碼器M1和第二磁電編碼器M2均采用基于磁電傳感器AS5040H的編碼器；所述的車輪上均設(shè)置有真空吸盤，吸附性能好。

如圖5所示，所述的單核三軸四輪變結(jié)構(gòu)微微鼠沖刺控制器還包括控制板，所述的控制板分別發(fā)出第一控制信號(hào)、第二控制信號(hào)和第三控制信號(hào)，由所述的第一控制信號(hào)、第二控制信號(hào)和第三控制信號(hào)分別控制所述的第二高速直流伺服電機(jī)、第一高速直流伺服電機(jī)和真空吸附電機(jī)的信號(hào)合成之后再控制微微鼠的運(yùn)動(dòng)。

上述中，所述的電源裝置采用鋰離子電池；所述的控制板采用STM32F405沖刺伺服控制，STM32F405沖刺伺服控制是基于STM32F405的控制器中引入多軸集成專用驅(qū)動(dòng)芯片A3906SESTR-T，所述的控制板以STM32F405為處理核心。

STM32F4系列除引腳和軟件兼容高性能的F2系列外，F(xiàn)4的主頻(168MHz)高于F2系列(120MHz)，并支持單周期DSP指令和浮點(diǎn)單元、更大的SRAM容量(192 KB，F(xiàn)2為128 KB)、512KB-1MB的嵌入式閃存以及影像、網(wǎng)絡(luò)接口和數(shù)據(jù)加密等更先進(jìn)的外設(shè)。STM32F4系列基于最新的ARM Cortex M4內(nèi)核， 在現(xiàn)有出色的STM32微控制器產(chǎn)品組合中新增了信號(hào)處理功能，并提高了運(yùn)行速度；STM32F405x集成了定時(shí)器、3個(gè)ADC、2個(gè)DAC、串行接口、外存接口、實(shí)時(shí)時(shí)鐘、CRC計(jì)算單元和模擬真隨機(jī)數(shù)發(fā)生器在內(nèi)的整套先進(jìn)外設(shè)，這些性能使得F4系列可以較容易滿足控制和信號(hào)處理功能混合的數(shù)字信號(hào)控制需求。高效的信號(hào)處理功能與Cortex-M處理器系列的低能耗、低成本和易于使用的優(yōu)點(diǎn)的組合，使得其可以為多軸電動(dòng)機(jī)控制提供靈活解決方案。這些特點(diǎn)使得STM32F405特別適合微微鼠兩軸快速?zèng)_刺伺服系統(tǒng)的信號(hào)處理。

本實(shí)用新型為了減少單核微微鼠高速?zèng)_刺伺服系統(tǒng)的體積，舍棄了傳統(tǒng)的兩軸直流伺服電機(jī)H型驅(qū)動(dòng)橋L6207D，而采用體積更小、電壓更小的兩軸直流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)橋A3906SESTR-T，A3906SESTR-T是一種單雙路直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片，A3906 旨在用于低電壓步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、單路及雙路直流電機(jī)的脈寬控制(PWM)，可在各通道輸出高達(dá) 1 A 的電流，工作電壓范圍為 2.5 至 9 V。A3906SESTR-T內(nèi)置固定關(guān)斷時(shí)間 PWM 計(jì)時(shí)器，根據(jù)對(duì)芯片外圍采樣電阻的選擇，設(shè)置峰值電流。過流輸出標(biāo)記用于通知控制器電機(jī)電流已經(jīng)達(dá)到峰值，可用于過流保護(hù)，上述特點(diǎn)使得A3906SESTR-T特別適合應(yīng)用于微微鼠的兩軸沖刺伺服控制系統(tǒng)中， A3906SESTR-T與微微鼠兩軸直流伺服電機(jī)的連接圖如圖3所示，其中沖刺PWM控制輸入信號(hào)和沖刺使能信號(hào)來自于伺服控制器，控制器通過調(diào)整沖刺PWM控制輸入信號(hào)來調(diào)整其沖刺PWM控制輸出信號(hào)，繼而實(shí)現(xiàn)直流伺服電機(jī)的四象限運(yùn)動(dòng)，滿足微微鼠快速?zèng)_刺需要。

本次實(shí)用新型設(shè)計(jì)的全數(shù)字伺服控制器程序框圖如圖6，所述的單核三軸四輪變結(jié)構(gòu)微微鼠沖刺控制器還設(shè)置有上位機(jī)程序和運(yùn)動(dòng)控制程序，所述的上位機(jī)程序包括路徑讀取、迷宮更新、迷宮存儲(chǔ)和參數(shù)輸出，所述的運(yùn)動(dòng)控制程序包括基于STM32F405三軸四輪微微鼠沖刺伺服控制、迷宮定位和方向控制。

其中，所述的基于STM32F405三軸四輪微微鼠沖刺伺服控制還包括相互連接的基于變結(jié)構(gòu)兩軸四輪微微鼠迷宮沖刺伺服控制和單軸真空吸盤吸附伺服控制，所述的基于變結(jié)構(gòu)兩軸四輪微微鼠迷宮沖刺伺服控制包括基于最小傳感采樣系統(tǒng)沖刺位置模塊、基于最小傳感采樣系統(tǒng)沖刺速度模塊和基于最小傳感采樣系統(tǒng)沖刺加速度模塊；所述的單軸真空吸盤吸附伺服控制包括吸盤位置模塊、吸盤速度模塊和吸盤加速度模塊。

為了提高單核微微鼠沖刺伺服系統(tǒng)的穩(wěn)定性，增加微微鼠與地面的接觸面積，減少微微鼠重心的前移、后移或者是側(cè)移，本實(shí)用新型借助齒輪機(jī)械結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)兩軸四輪的功能，左右每軸電機(jī)的轉(zhuǎn)軸上配備一個(gè)小的機(jī)械齒輪，此齒輪和前后兩個(gè)輪子的大齒輪機(jī)械連接，其中大齒輪的齒為每周60，小齒輪的齒為每周15，通過這樣的機(jī)械連接使得每個(gè)輪子都變成了動(dòng)力輪。

為了進(jìn)一步提高單核微微鼠快速?zèng)_刺伺服系統(tǒng)的穩(wěn)定性，防止微微鼠在高速?zèng)_刺時(shí)由于地面灰塵較多而導(dǎo)致行走打滑，本實(shí)用新型在微微鼠快速?zèng)_刺伺服硬件系統(tǒng)中加入了微型直流電機(jī)M，在微微鼠快速?zèng)_刺過程中，電機(jī)M通過真空抽吸裝置不停抽吸微型真空吸盤內(nèi)的空氣，使微型真空吸盤的內(nèi)外壓力不一樣，產(chǎn)生一定的負(fù)壓，使其對(duì)帶有灰塵的迷宮地面產(chǎn)生一定的吸附力，有效防止了微微鼠在高速迷宮沖刺時(shí)的地面打滑。

為了進(jìn)一步提高單核微微鼠在復(fù)雜迷宮高速?zèng)_刺時(shí)的穩(wěn)定性，本實(shí)用新型在微微鼠快速?zèng)_刺伺服硬件系統(tǒng)中加入了高性能 MEMS運(yùn)動(dòng)傳感器LY3200ALH，傳感器LY3200ALH可以測(cè)量出微微鼠快速?zèng)_刺時(shí)的偏航率，傳感器LY3200ALH參數(shù)時(shí)刻被STM32F405控制器記錄并計(jì)算，當(dāng)微微鼠在迷宮沖刺時(shí)姿態(tài)發(fā)生變化超過設(shè)定閥值，在一個(gè)新的采樣周期控制器就立即對(duì)其位置補(bǔ)償，避免了微微鼠高速?zèng)_刺時(shí)遠(yuǎn)遠(yuǎn)偏離中心位置現(xiàn)象的發(fā)生，提高了其快速?zèng)_刺時(shí)的穩(wěn)定性。

為了更好的采集迷宮信息和減少紅外傳感器占用的面積，本實(shí)用新型采用紅外傳感器SFH4350代替了傳統(tǒng)使用的OPE9954A，紅外傳感器S1、S2、S3、S4、S5、S6的紅外光經(jīng)側(cè)邊擋墻反饋后會(huì)被對(duì)應(yīng)的紅外接收器BPW85A接收，然后BPW85A的反饋值經(jīng)控制器計(jì)算后作為當(dāng)前位置的反饋，控制器通過這些反饋值調(diào)整微微鼠的姿態(tài)。

為了減少光電編碼器占用的面積，并減少灰塵對(duì)光電編碼器的影響，本實(shí)用新型采用基于磁電傳感器AS5040H的編碼器替代了傳統(tǒng)的光電編碼器，此傳感器可以有效測(cè)量出兩軸直流伺服電機(jī)快速?zèng)_刺時(shí)的速度和位移，為微微鼠快速?zèng)_刺三閉環(huán)伺服控制提供了可靠依據(jù)。

在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，采用四組傳感器可以提高傳感器的采樣頻率，有利于提高微微鼠的速度，但是四組傳感器如果補(bǔ)償做的不好將有可能導(dǎo)致微微鼠求解的是一個(gè)錯(cuò)誤的迷宮；如果采用六組傳感器探測(cè)未知迷宮，求解迷宮一般不會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤，但是過多的傳感器組合影響了采樣頻率，不利于微微鼠速度的提高；為了兼顧不同的國(guó)際規(guī)則以及迷宮探測(cè)的準(zhǔn)確性，本實(shí)用新型自主研發(fā)了基于六組傳感器自由組合變結(jié)構(gòu)探測(cè)迷宮的全新控制模式，所實(shí)用新型的三軸四輪微微鼠二維沖刺結(jié)構(gòu)如圖4所示，在圖4中，為了更好的探測(cè)迷宮，傳感器S3和S4與Y軸之間的夾角大小為：，在此區(qū)間，傳感器配合工作狀態(tài)最佳。對(duì)于不同的國(guó)際比賽規(guī)則，通過軟件開啟六組傳感器探索模式或者是四組傳感器探索模式，當(dāng)在高速?zèng)_刺時(shí)只能開啟四組傳感器導(dǎo)航模式，傳感器S1、S6共同作用判斷前方擋墻，傳感器S3判斷其左邊擋墻的存在，傳感器S4判斷其右邊擋墻的存在，同時(shí)S3和S4合作為微微鼠直線快速?zèng)_刺運(yùn)動(dòng)提供導(dǎo)航依據(jù)。紅外傳感器S1、S3、S4、S6的紅外光經(jīng)側(cè)邊擋墻反饋后會(huì)被對(duì)應(yīng)的紅外接收器BPW85A接收，然后BPW85A的反饋值經(jīng)控制器計(jì)算后作為當(dāng)前位置的反饋，然后控制器通過這些反饋值調(diào)整微微鼠沖刺的姿態(tài)。

本實(shí)用新型為克服單片機(jī)不能滿足微微鼠在復(fù)雜迷宮快速?zèng)_刺的要求，參考國(guó)外微微鼠所采用的單機(jī)工作模式，在吸收國(guó)外先進(jìn)控制思想的前提下，自主研發(fā)了基于STM32F405的全新三軸四輪變結(jié)構(gòu)微微鼠快速?zèng)_刺伺服控制器，其原理如圖5所示：控制板以STM32F405為處理核心，實(shí)現(xiàn)微微鼠迷宮沖刺的時(shí)數(shù)字信號(hào)的實(shí)時(shí)處理，并實(shí)現(xiàn)對(duì)兩軸驅(qū)動(dòng)控制芯片A3906SESTR-T的信號(hào)輸入和控制，快速響應(yīng)中斷，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信和存儲(chǔ)實(shí)時(shí)信號(hào)。

對(duì)于本文設(shè)計(jì)的基于STM32F405控制器，把微微鼠放在迷宮起始點(diǎn)，在電源打開狀態(tài)下，微微鼠先進(jìn)入自鎖狀態(tài)，并調(diào)取已經(jīng)優(yōu)化的沖刺迷宮信息。一旦沖刺按鍵觸發(fā)，控制器首先開啟真空抽吸電機(jī)M，通過增加其與地面的吸附力調(diào)整微微鼠與地面的摩擦系數(shù)，然后微微鼠依靠前方、左右側(cè)面紅外蔽障傳感器S1、S3、S4、S6根據(jù)實(shí)際導(dǎo)航環(huán)境通過四個(gè)紅外接收傳感器BPW85A傳輸參數(shù)給控制器中的STM32F405，STM32F405處理后再結(jié)合磁電傳感器M1、M2的反饋生成兩路PWM波，經(jīng)驅(qū)動(dòng)橋A3906SESTR-T放大后驅(qū)動(dòng)兩個(gè)獨(dú)立電機(jī)并實(shí)現(xiàn)其快速?zèng)_刺時(shí)的伺服控制，最后磁電傳感器M1、M2實(shí)時(shí)反饋電機(jī)的速度和位移信號(hào)給STM32F405，由STM32F405繼續(xù)處理后續(xù)的運(yùn)行狀態(tài)。

參照?qǐng)D6，具體實(shí)施步驟是：

把微微鼠控制系統(tǒng)分為兩部分：上位機(jī)系統(tǒng)和運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)。其中上位機(jī)系統(tǒng)完成路徑讀取、迷宮更新、迷宮存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)輸出等功能；運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)完成三軸微微鼠沖刺系統(tǒng)的伺服控制、單軸真空吸附伺服控制等功能，其中工作量最大的三軸伺服系統(tǒng)交給STM32F405處理，驅(qū)動(dòng)信號(hào)經(jīng)A3906SESTR-T放大后驅(qū)動(dòng)電機(jī)X、電機(jī)Y完成微微鼠的伺服控制。

參照?qǐng)D4、圖5、圖6、圖7、圖8、圖9、圖10，其具體的功能實(shí)現(xiàn)如下：

1）在微微鼠未接到?jīng)_刺命令之前，它一般會(huì)在起點(diǎn)坐標(biāo)（0，0）等待控制器發(fā)出的沖刺命令，并調(diào)出已經(jīng)探索后的最優(yōu)迷宮。一旦沖刺按鍵觸發(fā)，控制器首先開啟真空抽吸電機(jī)M，通過抽吸裝置先對(duì)微型真空吸盤抽吸，使真空吸盤對(duì)地面具有一定的吸附力，控制器并實(shí)時(shí)檢測(cè)，如果地面不干凈，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)調(diào)節(jié)電機(jī)M加大真空吸盤對(duì)地面的吸附力，增加微微鼠沖刺時(shí)與地面的摩擦系數(shù)。然后，微微鼠會(huì)沿著最佳路徑從起點(diǎn)開始快速?zèng)_向終點(diǎn)（X1，Y1）；

2）微微鼠放在起點(diǎn)坐標(biāo)（0，0），接到任務(wù)后為了防止放錯(cuò)沖刺方向，其前方的傳感器S1、S6和會(huì)對(duì)前方的環(huán)境進(jìn)行判斷，確定有沒有擋墻進(jìn)入運(yùn)動(dòng)范圍，如存在擋墻將向STM32F405發(fā)出中斷請(qǐng)求，STM32F405會(huì)對(duì)中斷做第一時(shí)間響應(yīng)，然后拉低A3906SESTR-T的輸入IN1、IN2、IN3和IN4，封鎖微微鼠的電機(jī)X、電機(jī)Y的PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)，使其靜止在原地，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(jìn)入前方的運(yùn)動(dòng)范圍，微微鼠將進(jìn)行正常的沖刺；

3）在微微鼠沿著Y軸向前快速?zèng)_刺過程中如果迷宮信息中顯示前方有Z格直線坐標(biāo)下沒有擋墻進(jìn)入前方的運(yùn)動(dòng)范圍，微微鼠將存儲(chǔ)其現(xiàn)在的坐標(biāo)（X,Y），處理器把向前運(yùn)動(dòng)Z格的位置參數(shù)傳遞給STM32F405，STM32F405根據(jù)沖刺控制器速度和加速度要求生成速度運(yùn)動(dòng)梯形圖，這個(gè)速度-時(shí)間圖形包含的面積就是微微鼠電機(jī)X和電機(jī)Y要運(yùn)行的Z格距離，STM32F405根據(jù)這個(gè)梯形圖結(jié)合磁電編碼器M1、M2的反饋生成驅(qū)動(dòng)兩軸直流伺服電機(jī)的PWM波，然后STM32F405調(diào)整A3906SESTR-T的輸入IN1、IN2、IN3和IN4，由A3906SESTR-T驅(qū)動(dòng)兩個(gè)獨(dú)立電機(jī)X和電機(jī)Y向前運(yùn)動(dòng)，電機(jī)X和電機(jī)Y的磁電編碼器會(huì)時(shí)刻記錄已經(jīng)移動(dòng)的距離并輸送給控制器；在微微鼠沿著當(dāng)前迷宮格向前沖刺過程中，控制器會(huì)實(shí)時(shí)檢測(cè)電機(jī)X和電機(jī)Y磁電編碼器M1和M2的數(shù)值，并根據(jù)其速度大小自動(dòng)調(diào)節(jié)電機(jī)M加大真空吸盤對(duì)地面的吸附力，然后傳感器S3和S4會(huì)對(duì)左右的擋墻進(jìn)行判斷，STM32F405記錄儲(chǔ)存當(dāng)前迷宮擋墻信息，微微鼠根據(jù)前進(jìn)方向左右擋墻的迷宮信息進(jìn)入單墻導(dǎo)航模式或者是雙墻導(dǎo)航模式；傳感器G1（LY3200ALH）記錄微微鼠沖刺時(shí)的瞬時(shí)旋轉(zhuǎn)速度并反饋給STM32F405，當(dāng)微微鼠快速?zèng)_刺脫離了設(shè)定中心位置時(shí)，微處理器根據(jù)離開中心位置的偏差借助傳感器G1（LY3200ALH）開始進(jìn)行實(shí)時(shí)補(bǔ)償，微調(diào)電機(jī)X和電機(jī)Y的PWM波輸入，STM32F405調(diào)整A3906SESTR-T的輸入IN1、IN2、IN3和IN4，由A3906SESTR-T驅(qū)動(dòng)兩個(gè)獨(dú)立電機(jī)X和電機(jī)Y向前差速行駛，通過此方式可以精確調(diào)整微微鼠的姿態(tài)，使其重新回到設(shè)定中心位置；在未到達(dá)目標(biāo)前，如果微微鼠高速?zèng)_刺時(shí)迷宮地面灰塵較多，STM32F405會(huì)調(diào)節(jié)M加大微微鼠與地面的摩擦，系統(tǒng)進(jìn)入三軸四輪驅(qū)動(dòng)狀態(tài)；當(dāng)微微鼠在傳感器G1（LY3200ALH）的控制下運(yùn)動(dòng)Z格距離到達(dá)新地址時(shí)，微處理器將更新其坐標(biāo)為（X,Y+Z），在Y+Z<1F的前提下，判斷其坐標(biāo)是不是（X1，Y1），如果不是將繼續(xù)更新其坐標(biāo)，如果是將通知控制器已經(jīng)沖刺到目標(biāo)，然后置返航探索標(biāo)志為1，微微鼠準(zhǔn)備返程探索；

4）在微微鼠沿著Y軸反向向前快速?zèng)_刺過程中如果迷宮信息中顯示前方有Z格直線坐標(biāo)下沒有擋墻進(jìn)入前方的運(yùn)動(dòng)范圍，微微鼠將存儲(chǔ)其現(xiàn)在的坐標(biāo)（X,Y），處理器把向前運(yùn)動(dòng)Z格的位置參數(shù)傳遞給STM32F405， STM32F405根據(jù)沖刺控制器速度和加速度要求生成速度運(yùn)動(dòng)梯形圖，這個(gè)速度-時(shí)間圖形包含的面積就是微微鼠電機(jī)X和電機(jī)Y要運(yùn)行的Z格距離。STM32F405根據(jù)這個(gè)梯形圖結(jié)合磁電編碼器M1、M2的反饋生成驅(qū)動(dòng)兩軸直流伺服電機(jī)的PWM波，然后STM32F405調(diào)整A3906SESTR-T的輸入IN1、IN2、IN3和IN4，由A3906SESTR-T驅(qū)動(dòng)兩個(gè)獨(dú)立電機(jī)X和電機(jī)Y向前運(yùn)動(dòng)，電機(jī)X和電機(jī)Y的磁電編碼器會(huì)時(shí)刻記錄已經(jīng)移動(dòng)的距離并輸送給控制器；在微微鼠沿著當(dāng)前迷宮格向前沖刺過程中，控制器會(huì)實(shí)時(shí)檢測(cè)電機(jī)X和電機(jī)Y磁電編碼器的數(shù)值，并根據(jù)其速度大小自動(dòng)調(diào)節(jié)電機(jī)M加大真空吸盤對(duì)地面的吸附力，然后傳感器S3和S4會(huì)對(duì)左右的擋墻進(jìn)行判斷，STM32F405記錄儲(chǔ)存當(dāng)前迷宮擋墻信息，微微鼠根據(jù)前進(jìn)方向左右擋墻的迷宮信息進(jìn)入單墻導(dǎo)航模式或者是雙墻導(dǎo)航模式；傳感器G1（LY3200ALH）記錄微微鼠沖刺時(shí)的瞬時(shí)旋轉(zhuǎn)速度并反饋給STM32F405，當(dāng)微微鼠快速?zèng)_刺脫離了設(shè)定中心位置時(shí)，微處理器根據(jù)離開中心位置的偏差借助傳感器G1（LY3200ALH）開始進(jìn)行實(shí)時(shí)補(bǔ)償，微調(diào)電機(jī)X和電機(jī)Y的PWM波輸入，STM32F405調(diào)整A3906SESTR-T的輸入IN1、IN2、IN3和IN4，由A3906SESTR-T驅(qū)動(dòng)兩個(gè)獨(dú)立電機(jī)X和電機(jī)Y向前差速行駛，通過此方式可以精確調(diào)整微微鼠的姿態(tài)，使其重新回到設(shè)定中心位置；在未到達(dá)目標(biāo)前，如果微微鼠高速?zèng)_刺時(shí)迷宮地面灰塵較多，STM32F405會(huì)調(diào)節(jié)M加大微微鼠與地面的摩擦，系統(tǒng)進(jìn)入三軸四輪驅(qū)動(dòng)狀態(tài)；當(dāng)微微鼠在傳感器G1（LY3200ALH）的控制下運(yùn)動(dòng)Z格距離到達(dá)新地址時(shí)，微處理器將更新其坐標(biāo)為（X,Y-Z），在0<Y-Z<1F的前提下，判斷其坐標(biāo)是不是（X1，Y1），如果不是將繼續(xù)更新其坐標(biāo)，如果是將通知控制器已經(jīng)沖刺到目標(biāo)，然后置返航探索標(biāo)志為1，微微鼠準(zhǔn)備返程探索；

5）在微微鼠沿著Y軸向前運(yùn)動(dòng)過程中如果有擋墻進(jìn)入前方的運(yùn)動(dòng)范圍，并且此時(shí)迷宮信息中左方有擋墻時(shí)，微微鼠將存儲(chǔ)此時(shí)坐標(biāo)（X,Y），然后進(jìn)入圖8所示的曲線運(yùn)動(dòng)軌跡，在右沖刺轉(zhuǎn)彎時(shí)，控制器把此時(shí)的速度和離中心點(diǎn)A的距離傳輸給STM32F405，STM32F405根據(jù)當(dāng)前的速度和沖刺時(shí)間生成兩軸伺服系統(tǒng)的加速度、速度和位置信號(hào)，并結(jié)合磁電編碼器M1、M2的反饋生成兩軸PWM波，然后STM32F405調(diào)整A3906SESTR-T的輸入IN1、IN2、IN3和IN4，由A3906SESTR-T驅(qū)動(dòng)兩個(gè)獨(dú)立電機(jī)X和電機(jī)Y向前減速運(yùn)動(dòng)，電機(jī)X和電機(jī)Y的磁電編碼器會(huì)時(shí)刻記錄已經(jīng)移動(dòng)的距離并輸送給控制器；在微微鼠沿著當(dāng)前迷宮格向前沖刺過程中，控制器自動(dòng)調(diào)節(jié)電機(jī)M加大微微鼠與地面的摩擦，然后傳感器S3會(huì)對(duì)左擋墻進(jìn)行判斷，STM32F405記錄儲(chǔ)存當(dāng)前迷宮擋墻信息，微微鼠根據(jù)前進(jìn)方向左擋墻的迷宮信息進(jìn)入單墻導(dǎo)航模式，然后傳感器G1（LY3200ALH）記錄微微鼠的瞬時(shí)旋轉(zhuǎn)速度，當(dāng)微微鼠快速?zèng)_刺脫離了設(shè)定中心位置時(shí)，微處理器根據(jù)離開中心位置的偏差借助傳感器G1（LY3200ALH）開始進(jìn)行實(shí)時(shí)補(bǔ)償，通過A3906SETR-T微調(diào)電機(jī)的PWM波輸入，STM32F405調(diào)整A3906SESTR-T的輸入IN1、IN2、IN3和IN4，由A3906SESTR-T驅(qū)動(dòng)兩個(gè)獨(dú)立電機(jī)X和電機(jī)Y向前差速行駛，通過此方式可以精確調(diào)整微微鼠的姿態(tài)，使其重新回到設(shè)定中心位置；

當(dāng)微微鼠到達(dá)迷宮中心點(diǎn)時(shí)，傳感器參考值R90_FrontWallRef開始工作，防止外界干擾開始做誤差補(bǔ)償，保證微微鼠在迷宮方格中心停車，此時(shí)電機(jī)X、電機(jī)Y、速度降為0，STM32F405調(diào)整A3906SESTR-T的輸入IN1、IN2、IN3和IN4，通過A3906SESTR-T的管腳OUT1A、OUT2A和OUT1B、OUT2B的電平，使左側(cè)輪正轉(zhuǎn)，右側(cè)輪反轉(zhuǎn)，在傳感器G1（LY3200ALH）的控制下使微微鼠原地右轉(zhuǎn)90度，然后控制器開始準(zhǔn)備沿著X軸正向沖刺，當(dāng)微微鼠在傳感器G1（LY3200ALH）控制下沖出當(dāng)前迷宮，控制器將更新其坐標(biāo)為（X+1,Y），在X+1<1F的前提下，判斷其坐標(biāo)是不是（X1，Y1），如果不是將繼續(xù)更新其坐標(biāo)，如果是則通知控制器已經(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，微微鼠準(zhǔn)備沖刺后的二次返程探索，去搜尋更優(yōu)的迷宮路徑；

6）在微微鼠沿著Y軸向前運(yùn)動(dòng)過程中如果有擋墻進(jìn)入前方的運(yùn)動(dòng)范圍，并且此時(shí)迷宮信息中右方有擋墻時(shí)，微微鼠將存儲(chǔ)此時(shí)坐標(biāo)（X,Y），然后進(jìn)入圖10所示的曲線運(yùn)動(dòng)軌跡，在左沖刺轉(zhuǎn)彎時(shí)，控制器把此時(shí)的速度和離中心點(diǎn)A的距離傳輸給STM32F405，STM32F405根據(jù)當(dāng)前的速度和沖刺時(shí)間生成兩軸伺服系統(tǒng)的加速度、速度和位置信號(hào)，并結(jié)合磁電編碼器M1、M2的反饋生成兩軸PWM波，然后STM32F405調(diào)整A3906SESTR-T的輸入IN1、IN2、IN3和IN4，由A3906SESTR-T驅(qū)動(dòng)兩個(gè)獨(dú)立電機(jī)X和電機(jī)Y向前減速運(yùn)動(dòng)，電機(jī)X和電機(jī)Y的磁電編碼器會(huì)時(shí)刻記錄已經(jīng)移動(dòng)的距離并輸送給控制器；在微微鼠沿著當(dāng)前迷宮格向前沖刺過程中，控制器自動(dòng)調(diào)節(jié)電機(jī)M加大微微鼠與地面的摩擦，然后傳感器S4會(huì)對(duì)左擋墻進(jìn)行判斷，并記錄儲(chǔ)存當(dāng)前迷宮擋墻信息，微微鼠根據(jù)前進(jìn)方向左擋墻的迷宮信息進(jìn)入單墻導(dǎo)航模式，然后傳感器G1（LY3200ALH）記錄微微鼠的瞬時(shí)旋轉(zhuǎn)速度，當(dāng)微微鼠快速?zèng)_刺脫離了設(shè)定中心位置時(shí)，微處理器根據(jù)離開中心位置的偏差借助傳感器G1（LY3200ALH）開始進(jìn)行實(shí)時(shí)補(bǔ)償，通過A3906SETR-T微調(diào)電機(jī)的PWM波輸入， STM32F405調(diào)整A3906SESTR-T的輸入IN1、IN2、IN3和IN4，由A3906SESTR-T驅(qū)動(dòng)兩個(gè)獨(dú)立電機(jī)X和電機(jī)Y向前差速行駛，通過此方式可以精確調(diào)整微微鼠的姿態(tài)，使其重新回到設(shè)定中心位置；

當(dāng)微微鼠到達(dá)迷宮中心點(diǎn)時(shí)，傳感器參考值L90_FrontWallRef開始工作，防止外界干擾開始做誤差補(bǔ)償，保證微微鼠在迷宮方格中心停車，此時(shí)電機(jī)X、電機(jī)Y、速度降為0，STM32F405調(diào)整A3906SESTR-T的輸入IN1、IN2、IN3和IN4，通過A3906SESTR-T的管腳OUT1A、OUT2A和OUT1B、OUT2B的電平，使左側(cè)輪反轉(zhuǎn)，右側(cè)輪正轉(zhuǎn)，在傳感器G1（LY3200ALH）的控制下使微微鼠原地左轉(zhuǎn)90度，然后控制器開始準(zhǔn)備沿著X軸反向沖刺，當(dāng)微微鼠在傳感器G1（LY3200ALH）控制下沖出當(dāng)前迷宮，控制器將更新其坐標(biāo)為（X-1,Y），在0<X-1<1F的前提下，判斷其坐標(biāo)是不是（X1，Y1），如果不是將繼續(xù)更新其坐標(biāo)，如果是則通知控制器已經(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，微微鼠準(zhǔn)備沖刺后的二次返程探索，去搜尋更優(yōu)的迷宮路徑；

7）當(dāng)微微鼠沖刺到達(dá)（X1，Y1）后，系統(tǒng)會(huì)準(zhǔn)備沖刺后的返程探索以便搜尋更優(yōu)的路徑，控制器會(huì)調(diào)出其已經(jīng)存儲(chǔ)的迷宮信息，然后計(jì)算出可能存在的其它最佳路徑，然后返程開始進(jìn)入其中認(rèn)為最優(yōu)的一條；

8）為了能夠?qū)崿F(xiàn)微微鼠在沖刺時(shí)準(zhǔn)確的坐標(biāo)計(jì)算，微微鼠左右紅外傳感器S3和S4會(huì)時(shí)刻對(duì)周圍的迷宮擋墻和柱子進(jìn)行探測(cè)，如果S3或者S4發(fā)現(xiàn)傳感器信號(hào)發(fā)生了較大數(shù)值的躍變，則說明微微鼠進(jìn)入了從有迷宮擋墻到無迷宮擋墻（或者是從無迷宮擋墻到有迷宮擋墻）狀態(tài)的變化，STM32F405會(huì)根據(jù)微微鼠當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)并借助磁電傳感器M1和M2進(jìn)行精確補(bǔ)償，徹底消除微微鼠在復(fù)雜迷宮中沖刺時(shí)已經(jīng)累計(jì)的誤差；

9）在微微鼠進(jìn)入迷宮返程探索時(shí)，其導(dǎo)航的傳感器S1、S3、S4、S6將工作，并把反射回來的光電信號(hào)送給STM32F405，經(jīng)STM32F405運(yùn)算后確定現(xiàn)在迷宮所處位置，然后由STM32F405根據(jù)當(dāng)前迷宮生成PWM波和送控制信號(hào)給A3906SESTR-T：如果進(jìn)入已經(jīng)搜索的區(qū)域?qū)⒓哟驪WM波的占空比，使微微鼠進(jìn)行快速前進(jìn)，減少迷宮搜索的時(shí)間；如果是未知返回區(qū)域則采用正常速度搜索，控制器根據(jù)當(dāng)前搜索速度實(shí)時(shí)調(diào)整電機(jī)M的伺服控制，保證微微鼠的穩(wěn)定行，在搜索過程中時(shí)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0，微微鼠進(jìn)入沖刺階段，并置沖刺標(biāo)志為1；

10）在微微鼠沖刺過程中，如果系統(tǒng)出現(xiàn)了干擾，STM32F405會(huì)根據(jù)當(dāng)前狀態(tài)對(duì)電流加以補(bǔ)償，快速調(diào)整電流環(huán)的PID參數(shù)，使得系統(tǒng)快速穩(wěn)定下來，防止高速?zèng)_刺時(shí)干擾對(duì)系統(tǒng)的影響；

11）在微微鼠整個(gè)運(yùn)動(dòng)過程中，傳感器L1會(huì)時(shí)刻對(duì)外界干擾光源進(jìn)行采集，然后傳輸給STM32F405，STM32F405會(huì)根據(jù)L1的自動(dòng)補(bǔ)償外界干擾，減少了外界干擾光源對(duì)微微鼠快速?zèng)_刺伺服系統(tǒng)的干擾；

12）當(dāng)微微鼠完成整個(gè)沖刺過程到達(dá)（X1，Y1），微微鼠會(huì)置探索標(biāo)志為1，微微鼠返程探索回到起始點(diǎn)（0，0），STM32F405將控制A3906SESTR-T的電平輸出使得微微鼠起始點(diǎn)中心點(diǎn)停車，然后重新調(diào)整A3906SESTR-T的輸出信號(hào)，使得電機(jī)X和電機(jī)Y以相反的方向運(yùn)動(dòng)，并在傳感器G1（LY3200ALH）的控制下，原地旋轉(zhuǎn)180度，然后停車1秒，二次調(diào)取迷宮信息，并根據(jù)改進(jìn)洪水算法計(jì)算出微微鼠探索的最優(yōu)沖刺路徑，然后置沖刺標(biāo)志為1，系統(tǒng)進(jìn)入快速?zèng)_刺階段?？刂破鞲鶕?jù)沖刺速度的大小自動(dòng)調(diào)整電機(jī)M，改變真空吸盤對(duì)地面的吸附力，滿足快速?zèng)_刺時(shí)的摩擦需要。

本實(shí)用新型具有的有益效果是：

1：本實(shí)用新型中的電阻和電容均采用0402封裝替代了原有的0603封裝，可以更好的減少微微鼠沖刺伺服控制系統(tǒng)的體積，有利于微微鼠的微型化發(fā)展；

2：本實(shí)用新型STM32F405采用BGA封裝替代了原有的LQFP176封裝，使得芯片占有的體積更小，有利于微微鼠沖刺伺服系統(tǒng)體積的縮小，且BGA封裝更已于微微鼠高速?zèng)_刺時(shí)芯片的散熱；

3：為了充分提高微微鼠系統(tǒng)高速?zèng)_刺伺服系統(tǒng)的穩(wěn)定性和行駛能力，并兼顧兩輪驅(qū)動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)，本實(shí)用新型舍棄了原有的多動(dòng)力實(shí)時(shí)四驅(qū)結(jié)構(gòu)，通過齒輪機(jī)械結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)兩軸四輪功能，既減少了微微鼠控制器驅(qū)動(dòng)動(dòng)力電機(jī)的數(shù)目，又通過齒輪實(shí)現(xiàn)了多輪的功能，提高微微鼠的快速?zèng)_刺能力；

4：由于STM32F405集成了新的DSP和FPU指令，168MHz的高速處理性能提高了數(shù)字信號(hào)控制器的執(zhí)行速度和代碼效率，使得控制器處理微微鼠快速?zèng)_刺系統(tǒng)兩軸動(dòng)力的實(shí)時(shí)控制性能增加，增加了微微鼠高速?zèng)_刺時(shí)的穩(wěn)定性；

5：根據(jù)需要實(shí)現(xiàn)吸附功能。在微微鼠快速?zèng)_刺過程中，一旦遇到路面灰塵較多或加速狀況時(shí)，STM32F405會(huì)根據(jù)兩軸電機(jī)的反饋數(shù)據(jù)立即開啟吸附電機(jī)M的伺服控制，微微鼠系統(tǒng)自然切換到三軸四輪驅(qū)動(dòng)狀態(tài)，增強(qiáng)了微微鼠高速?zèng)_刺時(shí)的附著力和操控性；

6：由于采用兩軸四輪驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)，增加了微微鼠與地面的接觸面積，減少了兩輪微微鼠由于機(jī)械結(jié)構(gòu)造成的高速?zèng)_刺失速問題的發(fā)生，使得微微鼠具有更好的快速?zèng)_刺功能；

7、在此微微鼠沖刺伺服系統(tǒng)中引入了高性能 MEMS運(yùn)動(dòng)傳感器LY3200ALH，實(shí)現(xiàn)了微微鼠在復(fù)雜迷宮快速?zèng)_刺時(shí)的瞬時(shí)旋轉(zhuǎn)速度的檢測(cè)，并利用反饋實(shí)現(xiàn)全程導(dǎo)航的實(shí)時(shí)校正，有利于提高微微鼠快速?zèng)_刺伺服系統(tǒng)的穩(wěn)定性和動(dòng)態(tài)性能；

8：微微鼠轉(zhuǎn)向時(shí)，為了保證旋轉(zhuǎn)的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性，通過傳感器G1（LY3200ALH）的實(shí)時(shí)反饋，基于STM32F405的沖刺伺服控制器對(duì)微微鼠的轉(zhuǎn)彎實(shí)時(shí)校正，提高了迷宮信息的正確性；

9：由STM32F405處理微微鼠在復(fù)雜迷宮中快速?zèng)_刺時(shí)三只直流電機(jī)的伺服控制，使得控制比較簡(jiǎn)單，大大提高了運(yùn)算速度，解決了單片機(jī)軟件運(yùn)行較慢的瓶頸，縮短了開發(fā)周期短，并且程序可移植能力強(qiáng)；

10：根據(jù)國(guó)際規(guī)則的不同，控制器通過軟件可以實(shí)現(xiàn)四組傳感器探測(cè)模式和六組傳感器探測(cè)模式的變結(jié)構(gòu)切換，提高了微微鼠快速?zèng)_刺時(shí)采樣頻率，有利于提高系統(tǒng)的運(yùn)算速度；

11：由于采用磁電編碼器技術(shù)替代了傳統(tǒng)的光電編碼器技術(shù)，使得微微鼠的快速?zèng)_刺伺服系統(tǒng)體積可以更小，有利于微微鼠微型化的發(fā)展；

12：由于采用磁電編碼器替代了傳統(tǒng)的光電編碼器，使得灰塵對(duì)編碼器的數(shù)據(jù)采集影響大大降低，提高了微微鼠快速?zèng)_刺時(shí)速度和位移的精確性，也保證了微微鼠在復(fù)雜迷宮沖刺時(shí)坐標(biāo)的準(zhǔn)確性；

13：由于本控制器采用STM32F405處理迷宮存儲(chǔ)和沖刺算法，有效地防止了程序的“跑飛”，抗干擾能力大大增強(qiáng)；

14：在微微鼠快速?zèng)_刺過程中，控制器會(huì)對(duì)高速直流伺服電機(jī)X、電機(jī)Y和電機(jī)M的轉(zhuǎn)矩進(jìn)行在線辨識(shí)并利用電機(jī)力矩與電流的關(guān)系進(jìn)行補(bǔ)償，減少了電機(jī)轉(zhuǎn)矩抖動(dòng)對(duì)微微鼠快速?zèng)_刺的影響；

15：通過調(diào)節(jié)電機(jī)M可以有效調(diào)節(jié)真空吸盤對(duì)地面的吸附力，消除了微微鼠在高速?zèng)_刺時(shí)打滑現(xiàn)象的發(fā)生；

16：由于具有存儲(chǔ)功能，這使得微微鼠掉電后可以輕易的調(diào)取已經(jīng)探索好的迷宮信息，使二次探索的時(shí)間和路徑大大降低。

綜上所述，本實(shí)用新型的單核三軸四輪變結(jié)構(gòu)微微鼠沖刺控制器，提高了單核微微鼠全數(shù)字伺服系統(tǒng)的穩(wěn)定性，有效防止了微微鼠在高速迷宮沖刺時(shí)的地面打滑，避免了微微鼠遠(yuǎn)遠(yuǎn)偏離中心位置現(xiàn)象的發(fā)生，提高了其快速?zèng)_刺時(shí)的穩(wěn)定性，增加了微微鼠與地面的接觸面積，減少了兩輪微微鼠由于機(jī)械結(jié)構(gòu)造成的高速?zèng)_刺失速問題的發(fā)生，使得微微鼠具有更好的快速?zèng)_刺功能。

以上所述僅為本實(shí)用新型的實(shí)施例，并非因此限制本實(shí)用新型的專利范圍，凡是利用本實(shí)用新型說明書內(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(yùn)用在其它相關(guān)的技術(shù)領(lǐng)域，均同理包括在本實(shí)用新型的專利保護(hù)范圍內(nèi)。