双核中速两轮微微鼠冲刺控制器及其控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及微型迷宫冲刺机器人领域，尤其涉及一种双核中速两轮微微鼠冲刺控制器及其控制方法。
【背景技术】
[0002]微电脑鼠是使用嵌入式微控制器、传感器和机电运动部件构成的一种智能行走机器人，在国外已经竞赛了将近30年，其常采用两轮结构，两轮微电脑鼠二维结构如图1所不O
[0003]微电脑鼠可以在不同“迷宫”中自动记忆和选择路径，采用相应的算法，快速地到达所设定的目的地。其求解的迷宫之一示意如图2所示。
[0004]随着微电子技术、计算机控制技术的不断进步，国外专家在微电脑鼠求解迷宫的技术基础之上提出了一种更具有挑战性的迷宫机器人一微微鼠:为了增强迷宫复杂程度以及老鼠求解迷宫的难度，迷宫挡墙由原有的180mm变成了 90mm，原有的迷宫由16*16格变成了 32*32格，新的迷宫二维结构如图3所示。电源一旦打开，微微鼠全程完全依靠自身携带的传感器自动导航，并求解由1024个迷宫格组成的各种复杂迷宫，能够快速从起点找到一条到达设定目标点的最佳路径，然后以最快的速度冲刺到终点。作为一种自助导航智能机器人，因为通过无线装置可以向控制器输入迷宫信息，微微鼠或者微电脑鼠国际准则拒绝使用无线装置，为了能够得到微微鼠或者是微电脑鼠冲刺、冲刺后的信息，只能通过算法快速寄存并储存其行走信息，当完成任务后通过控制器的232串口或者是USB串口读取存储信息。
[0005]微微鼠在迷宫冲刺过程中要时刻判断周围的环境，然后传输参数到控制器，由控制器反复控制其在迷宫方格中精确的加速和减速进行冲刺。一只优秀的微微鼠必须具备良好的感知能力，有良好的行走能力，优秀的智能算法，否则将无法完成冲刺任务。微微鼠迷宫冲刺技术综合了多学科知识，对于提升在校学生的动手能力、团队协作能力和创新能力，促进学生课堂知识的消化和扩展学生的知识面都非常有帮助，并且微微鼠迷宫冲刺技术的开展可以培养大批相关领域的人才，进而促进相关领域的技术发展和产业化进程。
[0006]如果认为微微鼠只是微电脑鼠的简单拷贝，按照微电脑鼠技术来设计微微鼠，在实践中则会发现如下问题:
(I)基于轮式的微微鼠只能被动的适应迷宫地面的打滑程度，随着微微鼠冲刺速度的提高，其打滑概率也极大增加，导致求冲刺迷宫失败。
[0007](2)由于求解迷宫数目的大量增加，原有的微电脑鼠求解迷宫技术无法求解现有的复杂迷宫。
[0008](3)由于微微鼠尺寸的大幅减少，如果微微鼠采用图1中的六组传感器技术探测迷宫，经常出现传感器相互干扰的状况，导致其冲刺时读取迷宫信息失败。
[0009](4)由于微电脑鼠冲刺系统采用的都是比较低级的算法，使得微微鼠在迷宫当中的冲刺一般都要花费较长的时间，这使得在真正的大赛中无法取胜。
[0010](5)由于迷宫挡墙尺寸的减少，使得微微鼠单格运行的距离减少，微微鼠频繁的刹车和启动加重了单片机的工作量，单一的单片机无法满足微微鼠冲刺的启动和停车的要求。
[0011](6)对于两轮驱动的微微鼠来说一般要求驱动其运动的两个电机PffM控制信号要同步，受计算能力的限制单一单片机伺服系统很难满足这一条件，微微鼠在直道上行驶时不能准确的行走在中线上，在高速行走时很容易撞到迷宫挡墙，导致任务失败。
[0012](7)由于受单片机容量和算法影响，微微鼠无法存储迷宫信息，当遇到掉电情况时所有的信息将消失，这使得整个冲刺过程要重新开始。
[0013](8)微微鼠在迷宫行走时，易于受到外界干扰，由于没有进行及时补偿导致微微鼠碰撞迷宫挡墙，最终无法完成任务。
[0014](9)微微鼠在运行过程中，一旦遇到撞墙情况都会发生电机堵转情况，造成电机瞬间电流过大，严重时烧坏电机。
[0015]微微鼠求解迷宫是国际新兴的一门技术，由于微微鼠技术的难度较高以及迷宫设计的复杂性，导致国内还没有研发此机器人的单位。因此，需要设计一种满足初级者学习微微鼠求解迷宫的高速冲刺控制器。
【发明内容】
[0016]本发明的目的是解决现有技术的不足，提供一种双核中速两轮微微鼠冲刺控制器，以解决微微鼠在冲刺过程中打滑、传感器相互干扰、处理时间慢等问题。
[0017]本发明采用的技术方案是:为了提高运算速度，保证微微鼠冲刺控制器的稳定性和可靠性，本发明在基于STM32F407的控制器中引入精密运动控制专用芯片LM629，形成基于STM32F407+专用运动控制芯片的全新双核控制器，此控制器充分考虑电池在这个系统的作用，把冲刺控制器中工作量最大的两轴行走伺服系统以及单轴真空抽吸伺服系统由STM32F407和LM629配合处理，充分发挥STM32F407数据处理速度较快和LM629伺服调节器的特点，而人机界面、路径优化、轨迹参数、加速度、速度和位置数据存储和计算、I/O控制等功能交给STM32F407完成，这样就实现了 STM32F407与LM629的分工，同时二者之间也可以进行通讯，实时进行数据交换和调用。
[0018]双核中速两轮微微鼠冲刺控制器，包括电池装置、传感器装置、陀螺仪装置G、真空抽吸装置和控制单元模块；所述电池装置分别电连接控制单元模块、电机X、电机Y和电机M，所述传感器装置和陀螺仪装置分别信号连接控制单元模块，所述控制单元模块分别信号连接电机X、Y和M ;所述电机X和电机Y位于两侧，电机M位于尾部，所述陀螺仪装置G位于中心位置；所述传感器装置包括位于两侧的红外传感器SI和S6，位于前端的红外传感器S2和S5，所述传感器S1、S6共同作用判断前方挡墙，传感器S2判断其左边挡墙的存在，传感器S5判断其右边挡墙的存在，同时S2和S5合作为直线运动提供导航依据；所述控制单元模块包括上位机程序模块和运动控制程序模块，所述上位机程序模块包括STM32F407处理器，所述运动控制程序模块包括LM629处理器，所述LM629处理器包括两轴行走伺服控制单元和单轴真空吸附伺服控制单元，所述STM32F407处理器电性连接LM629处理器，所述两轴行走伺服控制单元信号连接单轴真空吸附伺服控制单元。
[0019]STM32F407和LM629的双核两轮微微鼠冲刺控制方法，其具体步骤如下:1)检测电池电压，处于低压控制器将报警并提示充电；如果电压正常，则并调出已经探索后的最优迷宫；2)冲刺方向检测，红外传感器S1、S6和会对冲刺路径上的前方环境进行判断，确定有无挡墙进入运动范围，如存在挡墙将向STM32F407发出中断请求，禁止LM629工作，封锁微微鼠的高速直流电机X和电机Y的PWM驱动信号，使微微鼠静止在原地，然后二次判断迷宫确定前方信息，防止信息误判；3)迷宫冲刺，微微鼠沿着X和Y轴快速冲刺，控制器判断其坐标是否为终点，如果不是将继续执行新的冲刺命令，如果是则通知控制器已经冲刺到终点，然后置返航探索标志为1，微微鼠准备返程探索；4)返程冲刺，到达终点后会准备冲刺后的返程探索以便搜寻更优的路径，控制器会调出其已经存储的迷宫信息，然后计算出可能存在的其它最佳路径，然后返程开始进入其中认为最优的一条；5)迷宫返程，在微微鼠进入迷宫返程探索时，其导航的传感器S1、S2、S5、S6将工作，并把反射回来的光电信号送给STM32F407，经STM32F407判断后送给LM629，由LM629运算后与STM32F407进行通讯，然后由控制器送控制信号给导航的电机X和电机Y进行确定:如果进入已经搜索的区域将进行快速前进，如果是未知返回区域则采用正常速度搜索，并时刻更新其坐标(X，Y)，并判断其坐标是不是起点，如果是的话置返航探索标志为O，微微鼠进入冲刺阶段，并置冲刺标志为I ;6)二次冲刺，返程探索回到起始点，STM32F407将控制LM629使得微微鼠在起始坐标中心点停车，然后重新调整LM629的PffM波输出，使得电机X和电机Y以相反的方向运动，并在陀螺仪的控制下，原地旋转180度，然后停车I秒，二次调取迷宫信息，然后根据算法算出优化迷宫信息后的最优冲刺路径，然后置冲刺标志为1，系统进入二次快速冲刺阶段
作为本发明的进一步改进，还包括有电压传感器VI，所述电压传感器Vl电连接电池装置，信号连接控制单元模块的STM32F407处理器。
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