較佳實施例的基于單片機控制的兩輪滅火機器人原理圖；
圖3為本發(fā)明的一種單輪雙核高速滅火機器人伺服控制系統(tǒng)一較佳實施例的基于STM32F407單輪滅火機器人二維結構圖；
圖4為本發(fā)明的一種單輪雙核高速滅火機器人伺服控制系統(tǒng)一較佳實施例的基于STM32F407+FPGA單輪滅火機器人原理圖；
圖5為本發(fā)明的一種單輪雙核高速滅火機器人伺服控制系統(tǒng)一較佳實施例的基于STM32F407+FPGA單輪滅火機器人伺服程序框圖；
圖6為本發(fā)明的一種單輪雙核高速滅火機器人伺服控制系統(tǒng)一較佳實施例的滅火機器人運行方向示意圖；
圖7為本發(fā)明的一種單輪雙核高速滅火機器人伺服控制系統(tǒng)一較佳實施例的右轉(zhuǎn)示意圖；
圖8為本發(fā)明的一種單輪雙核高速滅火機器人伺服控制系統(tǒng)一較佳實施例的左轉(zhuǎn)示意圖；
圖9為本發(fā)明的一種單輪雙核高速滅火機器人伺服控制系統(tǒng)一較佳實施例的整體原理示意圖。
【具體實施方式】
[0030]下面將對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、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，本領域普通技術人員在沒有做出創(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]本發(fā)明實施例提供如下技術方案。
[0032]請參閱圖1-9，在本實施例中提供一種單輪雙核高速滅火機器人伺服控制系統(tǒng)，所述的單輪雙核高速滅火機器人伺服控制系統(tǒng)包括:雙核控制器、若干判斷前方運動環(huán)境的超聲波傳感器、電流傳感器、方向傳感器、電機、電機光電編碼器、控制參數(shù)轉(zhuǎn)化模塊和環(huán)境參數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，所述雙核控制器與所述的電流傳感器、電機光電編碼器、控制參數(shù)轉(zhuǎn)化模塊、環(huán)境參數(shù)轉(zhuǎn)換模塊之間相連接，所述雙核控制器通過結合電流傳感器信號、電機光電編碼器生成若干控制電機的PWM控制信號并驅(qū)動電機運行，所述單輪雙核高速滅火機器人伺服控制系統(tǒng)還包括加速度傳感器、陀螺儀，所述加速度傳感器、陀螺儀、方向傳感器、電機光電編碼器相結合并把信號傳輸至雙核控制器。
[0033]所述雙核控制器包括微控制器STM32F407和控制器FPGA，所述控制器FPGA與微控制器STM32F407之間通過I/O接口進行實時通訊。
[0034]所述控制器FPGA通過結合電流傳感器信號、電機光電編碼器生成若干控制電機的PffM控制信號，所述微控制器STM32F407與PffM控制信號之間通信，且驅(qū)動電機運轉(zhuǎn)。
[0035]所述單輪雙核高速滅火機器人伺服控制系統(tǒng)還包括上位機模塊和運動控制模塊，所述上位機模塊中包含有房間探索單元、房間存儲單元、路徑讀取單元、人機界面單元和在線輸出單元，所述房間探索單元、房間存儲單元、路徑讀取單元、人機界面單元、在線輸出單元均與上位機模塊分別控制連接。
[0036]所述運動控制模塊包含坐標定位單元、I/O控制單元、三軸同步伺服系統(tǒng)。
[0037]所述三軸同步伺服系統(tǒng)包括直流無刷電機、直流電機兩軸混合伺服模塊和單軸真空吸盤吸附伺服模塊，所述直流無刷電機、直流電機兩軸混合伺服模塊與單軸真空吸盤吸附伺服模塊相連接，且將信號傳輸至單軸真空吸盤吸附伺服模塊。
[0038]所述電機包括直流無刷電機、第一直流電機和第二直流電機，所述電機光電編碼器位于直流無刷電機、第一直流電機和第二直流電機上，所述直流無刷電機、第一直流電機、第二直流電機分別產(chǎn)生第一位置脈沖信號、第二位置脈沖信號、第三位置脈沖信號，所述電機光電編碼器輸出第一位置脈沖信號、第二位置脈沖信號至控制器FPGA，所述單軸真空吸盤吸附伺服模塊與第二直流電機之間控制連接，直流無刷電機、直流電機兩軸混合伺服模塊分別與直流無刷電機、第一直流電機之間控制連接。
[0039]所述第一位置脈沖信號、第二位置脈沖信號、第三位置脈沖信號同時為低電平時，產(chǎn)生信號傳輸至控制器FPGA，同時記錄直流無刷電機、第一直流電機和第二直流電機的絕對位置。
[0040]在一個【具體實施方式】中，
所采用的雙核控制器為STM32F407+FPGA，在電源打開狀態(tài)下，滅火機器人先進入自鎖狀態(tài)。滅火機器人通過超聲波傳感器S1、S6判斷前方運動環(huán)境，實際導航環(huán)境被轉(zhuǎn)化為控制參數(shù)傳輸給FPGA，F(xiàn)PGA把這些環(huán)境參數(shù)轉(zhuǎn)化為滅火機器人在指定方向下直流無刷電機X要運行的速度指令值以及直流電機Y要運行的距離、速度和加速度參數(shù)指令值，F(xiàn)PGA再結合電流傳感器Cl、C2和電機光電編碼器的反饋生成控制直流無刷電機X和直流電機Y的PffM控制信號，直流無刷電機X和直流電機Y在控制信號驅(qū)動下向前運動，加速度計Al、陀螺儀G1、方向傳感器Dl和光電編碼器實時把測得的信號反饋給FPGA，由FPGA 二次校正滅火機器人的姿態(tài)。如果滅火機器人進入死胡同，控制器會自動切換傳感器，使得滅火器人不需要原地旋轉(zhuǎn)180度。滅火機器人在運動過程中，F(xiàn)PGA根據(jù)滅火機器人運動速度自動通過電機M調(diào)節(jié)真空裝置對地面的吸附能力，增加有效摩擦，防止滅火機器人快速行走打滑，STM32F407實時儲存房間信息。當STM32F407確定發(fā)現(xiàn)火源后自動開啟干冰滅火器電磁閥，通過噴灑干冰滅火，滅火完畢后STM32F407立即調(diào)出滅火機器人已經(jīng)儲存的房間信息，通過洪水算法找出返程最短路徑，并開啟加速模式迅速回到起點等待一下條尋求火源命令。
[0041]其具體的功能實現(xiàn)如下:為了能夠驅(qū)動單輪驅(qū)動滅火機器人運動，本控制系統(tǒng)針對三軸伺服系統(tǒng)引入了一片F(xiàn)PGA，但是通過I/O 口與STM32F407進入實時通訊，由STM32F407控制其各路PffM波控制信號的使能，然后通過驅(qū)動電路驅(qū)動直流無刷電機和直流電機運動。
[0042]打開電源瞬間，STM32F407會對電池電壓進行檢測，如果低壓的話，STM32F407將封鎖FPGA對直流無刷電機X和直流電機Y的PffM波控制信號，電機不能啟動，同時電壓傳感器Vl將工作，并發(fā)出報警信號。如果系統(tǒng)電壓正常，STM32F407將使能真空抽吸電機M的PWM波控制信號，控制信號經(jīng)驅(qū)動橋放大后驅(qū)動電機M運轉(zhuǎn)，然后電機M通過抽吸裝置先對微型真空吸盤抽吸，使真空吸盤對地面具有一定的吸附能力，控制器并實時檢測，如果地面不干凈，F(xiàn)PGA會自動調(diào)節(jié)電機M的伺服控制調(diào)整真空吸盤對地面的吸附能力。
[0043]在滅火機器人未接到探索命令之前，它一般會在起點坐標(0，O)等待STM32F407發(fā)出的探索命令，一旦接到任務后，滅火機器人會沿著起點開始為了尋找火源進行全宮探索。
[0044]滅火機器人放在起點坐標(0，0)，一般情況下，滅火機器人按照圖6中北的方向(計算機編程代碼為O)放置，接到任務后其前方的傳感器S1、S6和會對前方的環(huán)境進行判斷，然后傳輸給FPGA，F(xiàn)PGA轉(zhuǎn)化這些環(huán)境參數(shù)作為行走的初始指令值。
[0045]在滅火機器人運動過程中，裝在直流無刷電機X、直流電機Y、直流電機M上的光電編碼器會輸出其位置信號A和位置信號B并直接反饋給FPGA，光電編碼器的位置信號A脈沖和B脈沖邏輯狀態(tài)每變化一次，F(xiàn)PGA的位置寄存器會根據(jù)直流無刷電機X、直流電機Y、直流電機M的運行方向加I或者是減I ;
在滅火機器人運動過程中，裝在直流無刷電機X、直流電機Y、直流電機M上的光電編碼器的位置信號A脈沖和B脈沖和Z脈沖同時為低電平時，就產(chǎn)生一個INDEX信號給FPGA內(nèi)部寄存器，記錄直流無刷電機X、直流電機Y、直流電機M的絕對位置，然后換算成滅火機器人在房間中的具體位置和調(diào)整的角度大小。
[0046]為了能夠?qū)崿F(xiàn)滅火機器人準確的坐標計算功能，滅火機器人左右的傳感器S2、S3和S4、S5會時刻對運動方向左右的房間擋墻和柱子進行探測，如果S2、S3或者S4、S5發(fā)現(xiàn)傳感器信號發(fā)生了躍變，則說明滅火機器人進入了從有房間擋墻到無房間擋墻(或者是從無房間擋墻到有房間擋墻)狀態(tài)的變化，STM32F407會根據(jù)滅火機器人當前運行狀態(tài)精確補償，徹底消除滅火機器人在復雜房間中探尋火源時已經(jīng)累計的誤差。
[0047]在滅火機器人沿著任何一個方向向前運動，在任何一個方格的中心如果確定沒有擋墻進入前方的運動范圍，則滅火機器人將存儲其坐標(X，Y)。FPGA把向前一格參數(shù)轉(zhuǎn)化為滅火機器人直流無刷電機X要運行的位置、速度和加速度指令值，F(xiàn)PGA再結合電流傳感器Cl和電機光電編碼器的反饋生成控制直流無刷電機X的PWM控制信號，控制信號經(jīng)驅(qū)動橋放大后驅(qū)動直流無刷電機X向前運動，控制器實時采集其速度大小，并結合光電編碼器Cl的反饋實時調(diào)整其大小，F(xiàn)PGA會根據(jù)直流無刷電機X的速度自動調(diào)節(jié)電機M的伺服控制，自動改變真空吸盤對地面的吸附能力。在滅火機器人沿著當前房間格向前探索過程中，傳感器S2、S3和S4、S5會對左右的擋墻進行判斷，并記錄儲存當前搜尋房間擋墻信息，滅火機器人根據(jù)前進方向左右擋墻的房間信息進入單墻導航模式或者是雙墻導航模式，然后再結合設定的左右擋墻導航閥值，加速度計Al、陀螺儀Gl和方向傳感器Dl實時記錄滅火機器人的加速度、速度和角度信號并送給FPGA，F(xiàn)PGA記錄并儲存滅火機器人的瞬時加速度、速度和位置信息。當滅火機器人快速探索脫離了設定中心位置時，F(xiàn)PGA把離開中心位置