單核低速兩輪微微鼠探索控制器的制造方法
【技術領域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種微微鼠(PIC0M0USE)自動控制系統(tǒng)，屬于微型迷宮機器人領域。
【背景技術】
[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成的一種智能行走機器人，在國外已經(jīng)競賽了將近30年，其常采用兩輪結構，兩輪微電腦鼠二維結構如圖1所示。微電腦鼠可以在不同“迷宮”中自動記憶和選擇路徑，采用相應的算法，快速地到達所設定的目的地，圖2中便是微電腦鼠求解的迷宮中的一種。
[0003]隨著微電子技術、計算機控制技術的不斷進步，國外專家在微電腦鼠求解迷宮的技術基礎之上提出了一種更具有挑戰(zhàn)性的迷宮機器人一微微鼠，為了增強迷宮復雜程度以及求解迷宮的難度，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，新的迷宮二維結構如圖3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導航，并求解由1024個迷宮格組成的各種復雜迷宮，能夠快速從起點找到一條到達設定目標點的最佳路徑，然后以最快的速度沖刺到終點。作為一種自助導航智能機器人，因為通過無線裝置可以向控制器輸入迷宮信息，微微鼠或者微電腦鼠比蹇國際準則拒絕使用無線裝置，為了能夠得到微微鼠或者是微電腦鼠探索、沖刺后的信息，只能通過算法快速寄存并儲存其行走信息，當完成任務后通過控制器的RS-232串口或者是USB等接口讀取存儲信息。
[0004]微微鼠在迷宮中探索迷宮過程中要時刻判斷周圍的環(huán)境，然后傳輸參數(shù)到控制器，由控制器反復控制其在迷宮方格中精確的加速和減速進行運動。一只優(yōu)秀的微微鼠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，否則將無法完成援直任務。微微鼠探索迷宮技術綜合了多學科知識，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，并且微微鼠速宣迷宣技術的開展可以培養(yǎng)大批相關領域的人才，進而促進相關領域的技術發(fā)展和產(chǎn)業(yè)化進程。
[0005]微微鼠求解迷宮是國際新興的一門技術，由于微微鼠探索迷宮技術的難度較高以及迷宮設計的復雜性，導致國內(nèi)還沒有研發(fā)此機器人的單位。如果認為微微鼠只是微電腦鼠的簡單拷貝，按照微電腦鼠技術來設計微微鼠，在實踐中發(fā)現(xiàn)設計出的微微鼠存在下列問題:
1、由于求解迷宮數(shù)目的大量增加，原有的微電腦鼠求解迷宮技術無法用于微微鼠求解現(xiàn)有的復雜迷宮。
[0006]2、由于微微鼠的尺寸相較于微電腦鼠的尺寸大幅減少，如果微微鼠采用圖1中撤電腦鼠的六組傳感器技術探測迷宮，經(jīng)常出現(xiàn)傳感器相互干擾的狀況，導致其讀取迷宮信息失敗。
[0007]3、基于輪式的微微鼠只能被動的適應迷宮地面的打滑程度，隨著微微鼠探索速度的提高，其打滑概率也極大增加，導致求解迷宮失敗。
[0008]4、由于微電腦鼠伺服系統(tǒng)采用的都是比較低級的算法，如果直接將這些算法套用在微微鼠上，使得微微鼠在迷宮當中的探索一般都要花費較長的時間，這使得在真正的大賽中無法取勝。
[0009]5、由于迷宮擋墻尺寸的減少，使得微微鼠相較于微電腦鼠單格運行的距離減少，頻繁的剎車和啟動加重了單片機的工作暈，采用單片機技術的微微鼠已經(jīng)無法滿足快速啟動和停車的要求。
[0010]6、對于兩輪驅(qū)動的微微鼠來說一般要求驅(qū)動其運動的兩個電機PWM控制信號要同步，受計算能力的限制單片機伺服系統(tǒng)很難滿足這一條件，微微鼠在直道探索時不能準確的行走在中線上，在高速探索時很容易撞到迷宮擋墻，導致探索任務失敗。
[0011]7、由于受單片機容量和算法影響，微微鼠無法存儲迷宮信息，當遇到掉電情況時所有的信息將消失，這使得整個探索過程要重新開始。
[0012]8、微微鼠在迷宮探索時，易于受到外界干擾，由于沒有進行及時補償導致微微鼠碰撞迷宮擋墻，最終無法完成任務。
[0013]9、微微鼠在探索過程中，一旦遇到撞墻情況都會發(fā)生電機堵轉(zhuǎn)情況，造成電機瞬間電流過大，嚴重時燒壞電機。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0014]本發(fā)明的目的是借助現(xiàn)有的先進控制技術以及先進控制芯片提供一種單核低速兩輪微微鼠探索控制器，滿足初級者學習等方面的需要且解決現(xiàn)有技術中的諸多問題。
[0015]本發(fā)明采用的技術方案是:單核低速兩輪微微鼠探索控制器，包括STM32F4控制器、L6207D芯片、電池、第一傳感器S1、第二傳感器S2、第三傳感器S5、第四傳感器S6、陀螺儀G1、第一電機X、第二電機Y、第三電機M、真空裝置和陀螺儀Gl，STM32F4控制器與L6207D芯片信號連接，第一傳感器S1、第二傳感器S2、第三傳感器S5和第四傳感器S6均位于兩輪微微鼠上表面的一側(cè)、其中兩個傳感器信號發(fā)射方向與車輪行進方向相同、另外兩個傳感器信號發(fā)射方向與車輪行進方向間有一定夾角，所述陀螺儀G1與STM32F4控制器信號連接、當微微鼠使用時所述STM32F4控制器控制陀螺儀處于開啟狀態(tài)且STM32F4控制器對陀螺儀的角度數(shù)據(jù)進行監(jiān)測、根據(jù)預設的直行或轉(zhuǎn)彎時的角度數(shù)據(jù)與陀螺儀實際數(shù)據(jù)做出比較、實現(xiàn)微微鼠運動方向的校正，所述三個電機中的其中兩個電機分別與兩輪微微鼠的兩個車輪一一對應連接、另一個電機與真空裝置連接，L6207D芯片與兩個車輪所對應的兩個電機信號連接，與真空裝置連接的電機與STM32F4控制器信號連接。
[0016]作為本發(fā)明的進一步改進，第一傳感器S1的傳感器信號發(fā)射方向與第二傳感器S2的傳感器信號發(fā)射方向間的夾角大于等于75°且小于等于90°、第三傳感器S5、第四傳感器S6的傳感器信號發(fā)射方向間的夾角大于等于75°且小于等于90°。
[0017]作為本發(fā)明的進一步改進，與兩個車輪對應的兩個電機為第一電機X、第二電機Y，第一電機X、第二電機Y均為永磁直流電機，驅(qū)動真空裝置的電機為第三電機M且第三電機為直流電機。
[0018]作為本發(fā)明的進一步改進，所述的STM32F4控制器為STM32F407控制器，第一傳感器S1、第二傳感器S2、第三傳感器S5和第四傳感器S6均包括紅外發(fā)射傳感器0PE5594A和紅外接收器TSL262。
[0019]本發(fā)明還公開了單核低速兩輪微微鼠探索控制器的控制方法，包括以下步驟:
準備階段:打開微微鼠電源，微微鼠進入自鎖狀態(tài)，設定起點坐標與終點坐標并等待探索命令；
啟動階段:把微微鼠放在迷宮起點，接受探索命令，STM32F4控制器首先開啟與真空裝置連接的電機、通過真空裝置使得微微鼠對地面具有一定的吸附力，真空裝置開啟后STM32F4控制器將控制信號發(fā)送至L6207D芯片，L6207D芯片控制與兩個車輪所對應的兩個電機啟動并將信號回饋，STM32F4控制器根據(jù)L6207D芯片的回饋數(shù)據(jù)調(diào)整與真空裝置連接的電機、使得微微鼠對地面的吸附力能夠適應微微鼠的速度，與兩個車輪所對應的兩個電機啟動的同時第一傳感器S1、第二傳感器S2、第三傳感器S5和第四傳感器S6啟動從而對迷宮擋墻進行探測，STM32F4控制器控制陀螺儀處于開啟狀態(tài)且STM32F4控制器對陀螺儀的角度數(shù)據(jù)進行監(jiān)測；
探索階段:第一傳感器S1、第二傳感器S2、第三傳感器S5和第四傳感器S6對迷宮周邊環(huán)境進行判斷并記錄儲存當前迷宮擋墻信息，陀螺儀記錄微微鼠的運動加速度、速度和位置，STM32F4控制器根據(jù)信號儲存微微鼠當前運動加速度、速度和位置并把向前運動一格的位置參數(shù)送給STM32F4，STM32F4控制器根據(jù)擋墻的狀態(tài)、位置坐標和速度值調(diào)節(jié)與兩個車輪所對應的兩個電機、使得微微鼠直行或利用兩輪間的速度差實現(xiàn)轉(zhuǎn)彎，當微微鼠運動一格距離到達新地址時，STM32F4處理器將更新坐標，判斷其坐標是不是終點，如果不是將繼續(xù)更新其坐標，探索過程中STM32F4控制器根據(jù)陀螺儀的數(shù)據(jù)對微微鼠進行控制使得微微鼠直行時不跑偏、轉(zhuǎn)彎時角度正確；
返航階段:當STM32F4控制器根據(jù)信號判斷出到達所設定的終點時，則設置返航標志并控制與兩個車輪所對應的兩個電機開始返航?jīng)_刺，返航?jīng)_刺中STM32F4控制器根據(jù)陀螺儀的數(shù)據(jù)對微微鼠速度值進行控制使得微微鼠直行時不跑偏、轉(zhuǎn)彎時角度正確。
[0020]作為單核低速兩輪微微鼠探索控制器的控制方法的進一步改進，探索階段中，微微鼠向前運動時，若在任何一個方格的中心如果確定沒有擋墻運動范圍，則微微鼠將存儲其坐標，并把向前運動一格的位置參數(shù)送給STM32F4控制器，由STM32F4控制器根據(jù)探索控制器速度和加速度要求以及光電編碼器的反饋，生成速度-時間運動梯形圖，這個梯形包含的面積就是與兩個車輪所對應的兩個電機要運行的一格的距離，STM32F4控制器根據(jù)這個梯形圖生成驅(qū)動兩軸直流電機的PWM波，然后STM32F4控制器使能L6207D，調(diào)整電平并由L6207D驅(qū)動與兩個車輪所對應的兩個電機向前運動。
[0021]作為單核低速兩輪微微鼠探索控制