基于兩輪中速全自動滅火機器人的雙核伺服控制系統(tǒng)的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及多軸機器人領域，特別是涉及一種基于兩輪中速全自動滅火機器人的雙核伺服控制系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]滅火機器人是一中模擬現實生活中人類發(fā)現有害火源并能夠自動熄滅火源的一種新型智能機器人。一般情況下，比賽型滅火機器人能夠在一間平面結構房子模型里運動，在操作規(guī)則指導下以最短的時間找到代表火源的一根蠟燭并將它熄滅。模擬現實家庭中機器人處理火警的過程。蠟燭代表家里燃起的火源，機器人必須找到并熄滅火源。蠟燭火焰的底部將離地面15?20cm高。蠟燭是直徑l-2cm的白蠟燭。蠟燭火焰的確切高度和尺寸是不確定的、變化的，而且由蠟燭條件和周圍的環(huán)境所決定。蠟燭將隨機地放在比賽場地的一個房間里，比賽開始后不管火焰具體是什么尺寸，都要求機器人能發(fā)現蠟燭。
[0003]在真正的比賽中，為了加大比賽難度，比賽場地被分為n*n格的標準模式，最常采用的是8*8格的均勻模式，其比賽場地二維結構如圖1所示，滅火機器人將在64格房間里尋找火源并熄滅。在圖1的二維搜尋火源地圖中，墻的材料是木質一般且可以反光，每塊擋墻的長度為60cm長，高度在27-34cm。比賽場地地面是光滑的，場地的地板是黑色的。場地上的任意縫隙都刷成黑色。場地的縫隙不超過5_。一些機器人可能用泡沫，粉末或者其他的物質來熄滅蠟燭的火焰。由于每一個機器人比賽后清洗場地的好壞直接影響到地面情況，故地面不保證在整個比賽過程中都保持絕對黑色。一旦啟動，滅火機器人必須在沒有人的干預下自己控制導航，而非人工控制，為了考驗滅火機器人在搜尋火源過程中的穩(wěn)定性，其不可以碰撞或接觸墻壁，否則將被受到處罰。
[0004]一臺完整的滅火機器人大致分為以下幾個部分:
O電機:執(zhí)行電機是滅火機器人的動力源，它根據微處理器的指令來執(zhí)行滅火機器人在二維平面上行走的相關動作。
[0005]2)算法:算法是滅火機器人的靈魂。滅火機器人必須采用一定的智能算法才能準確快速的從一個房間格到達另外一格房間格的運動，然后發(fā)現火源，并開啟自身攜帶的干冰控制器，撲滅火源。
[0006]3)微處理器:微處理器是滅火機器人的核心部分，是滅火機器人的大腦。滅火機器人所有的信息，包括房間墻壁信息，火源位置信息，和電機狀態(tài)信息等都需要經過微處理器處理并做出相應的判斷。
[0007]滅火機器人結合了多學科知識，對于提升在校學生的動手能力、團隊協(xié)作能力和創(chuàng)新能力，促進學生課堂知識的消化和擴展學生的知識面都非常有幫助。國內研發(fā)此機器人的單位較多，但是研發(fā)的機器人比較落后，研發(fā)的滅火機器人結構如圖2，長時間運行發(fā)現存在著很多安全問題，即:
(I)作為滅火機器人的執(zhí)行機構采用的多是步進電機，經常會遇到丟失脈沖造成電機失步現象發(fā)生，導致對位置的記憶出現錯誤，滅火機器人無法尋求到火源，或者是滅火后機器人無法回到起始點。
[0008](2)由于采用步進電機，使得機體發(fā)熱比較嚴重，有的時候需要進行加裝散熱裝置，使得機器人整體重量增加。
[0009](4)由于采用步進電機，使得系統(tǒng)運轉的機械噪聲大大增加，不利于環(huán)境保護。
[0010](5)由于采用步進電機，其電機本體一般都是多相結構，控制電路需要采用多個功率管，使得控制電路相對比較復雜，并且增加了控制器價格。
[0011 ] ( 6 )由于采用步進電機，使得系統(tǒng)一般不適合在速度較高的場合運行，高速運動時容易產生振動，有時候可能會接觸墻壁，導致尋找火源失敗。
[0012](9)由于滅火機器人要頻繁的剎車和啟動，加重了單片機的工作量，單一的單片機無法滿足滅火機器人快速啟動和停止的要求。
[0013](10)相對采用的都是一些體積比較大的插件元器件，使得滅火機器人控制系統(tǒng)占用較大的空間，重量相對都比較重。
[0014](11)由于受周圍環(huán)境不穩(wěn)定因素干擾，單片機控制器經常會出現異常，引起滅火機器人失控，抗干擾能力較差。
[0015](12)對于兩輪滅火機器人尋找火源過程來說，一般要求其兩個電機的PWM控制信號要同步，由于受單片機計算能力的限制，單一單片機伺服系統(tǒng)很難滿足這一條件，使得滅火機器人行走導航很難控制，特別是對于快速行走時情況更糟糕。
[0016](13)在實際滅火過程中，火源未必處在房間格的中心，導致滅火機器人的行走方向與火源之間有一個夾角，導致滅火消費了大量的干冰，有時候可能會無法熄滅火源。
[0017](14)在實際滅火過程中，由于蠟燭的燃燒，其高度也在發(fā)生變化，這與現實中的火源也非常相似，但是一般的滅火機器人攜帶的干冰滅火器的噴嘴高度是固定的，導致無法有效的撲滅火源。
[0018](15)在實際滅火過程中，普通的光源探測傳感器會可能收到外界光源的干擾，導致滅火探尋失敗，無法完成任務。
[0019]因此，需要對現有的基于單片機控制的滅火機器人控制器進行重新設計，尋求一種經濟適用的能夠在現實中的使用中速兩輪滅火機器人伺服系統(tǒng)。

【發(fā)明內容】

[0020]本發(fā)明主要解決的技術問題是提供一種基于兩輪中速全自動滅火機器人的雙核伺服控制系統(tǒng)，具有可靠性能高、定位精確、轉位速度快等優(yōu)點，同時在多軸機器人的應用及普及上有著廣泛的市場前景。
[0021]為解決上述技術問題，本發(fā)明采用的一個技術方案是:
提供一種基于兩輪中速全自動滅火機器人的雙核伺服控制系統(tǒng)，其包括:微處理單元、鋰電池、探測傳感器單元、用于測量滅火機器人加速度的三軸加速度傳感器、用于測量滅火機器人角速度的陀螺儀、真空抽吸單元、火源采集單元和控制電機，
所述微處理單元包括對所述控制電機進行伺服控制調節(jié)的主控芯片和用于處理主控芯片控制邏輯、實現數據通信和信號存儲的STM32控制器，所述主控芯片采用了 MC58113芯片，所述STM32控制器采用了 STM32F407控制器，
所述控制電機包括微型直流電機、升降直流電機、第一電機和第二電機，所述微型直流電機與所述真空抽吸單元相連接，所述升降直流電機上連接有滅火裝置，所述第一電機連接有滅火機器人的X輪，所述第二電機連接有滅火機器人的Y輪，
所述微處理單元分別與所述探測傳感器單元、鋰電池、所述三軸加速度傳感器、所述陀螺儀、所述真空抽吸單元、所述火源采集單元和所述控制電機相連接。
[0022]在本發(fā)明一個較佳實施例中，所述微處理單元分別發(fā)出第一控制信號、第二控制信號、第三控制信號和第四控制信號。
[0023]在本發(fā)明一個較佳實施例中，所述第一控制信號、第二控制信號、第三控制信號和第四控制信號分別控制所述的第一電機、第二電機、微型直流電機、升降直流電機的信號合成并控制滅火機器人的運動。
[0024]在本發(fā)明一個較佳實施例中，所述探測傳感器單元包括6個超聲波傳感器。
[0025]在本發(fā)明一個較佳實施例中，所述真空抽吸單元包括真空抽吸器和真空吸盤。
[0026]在本發(fā)明一個較佳實施例中，所述第一電機和所述第二電機均為直流無刷電機。
[0027]在本發(fā)明一個較佳實施例中，所述第一電機和所述第二電機均連接有光電編碼器。
[0028]在本發(fā)明一個較佳實施例中，所述火源采集單元包括光電采集裝置和圖像采集裝置。
[0029]在本發(fā)明一個較佳實施例中，所述的處理器的內部還設置有上位機系統(tǒng)和運動控制系統(tǒng)，所述的上位機程序模塊包括房間探索模塊、房間存儲模塊、路徑讀取模塊、人機界面模塊以及在線輸出模塊，所述運動控制程序模塊包括基于MC58113四軸同步混合直流混合伺服控制模塊、坐標定位模塊、I/O控制模塊和圖像采集模塊，所述基于MC58113四軸同步混合直流混合伺服控制模塊包括基于兩軸直流無刷電機滅火機器人搜尋伺服控制模塊、單軸真空吸盤吸附伺服控制模塊和滅火器單軸升降伺服控制模塊。
[0030]在本發(fā)明一個較佳實施例中，還包括電壓傳感器、第一電流傳感器和所述第二電流傳感器，所述電壓傳感器、第一電流傳感器和所述第二電流傳感器均與所述微處理單元相連接。
[0031]本發(fā)明的有益效果是:提高了滅火機器人的靈活度和精確度，同時提高了運算速度，另外，通過基于微型直流電機的吸附單元起到防滑的作用，保證滅火機器人伺服控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。
【附圖說明】
[0032]為了更清楚地說明本發(fā)明實施例中的技術方案，下面