一种半尺寸迷宫机器人控制系统的制作方法

本发明涉及机器人控制系统领域，更具体地，涉及一种半尺寸迷宫机器人控制系统。

背景技术：

半尺寸迷宫机器人，又称为半尺寸电脑鼠，是由普通电脑鼠发展而来。最初的电脑鼠结构简单，仅由传感器，电机，普通控制芯片完成，后来随着硬件的发展，电脑鼠的构架逐渐完善，编码器的出现使得电脑鼠的效率大大增加，电脑鼠通过反馈信息调整运行状态，寻找到达终点的最短路径。

比赛开始后，首先把电脑鼠放入起始点，遮挡红外进行启动后，它就必须自主决定搜寻算法，并在迷宫中完成直行，转弯，寻找距离终点最短的路途，最后成功到达终点。人类一直希望创造一个小型类人机器人，它拥有感官，四肢，大脑等，电脑鼠就是一个很好的实例，在小型半尺寸电脑鼠的基础上进而创造出更加智能的类人机器人，去代替人类完成很多危险工作。

1977年美国创造出了迷宫机器人电脑鼠这一概念。同年，第一场电脑鼠大赛在美国举行。1980年，在伦敦举办了欧洲的电脑鼠竞赛。其间的日本观众在这之后把比赛传到日本。1980年11月日本举办了首届电脑鼠竞赛。1985年8月，在日本举行了第一场世界电脑鼠大赛。日本队取得了各个组别的最高奖项，荣获世界冠军。1987年10月，新加坡开始了他们首届电脑鼠比赛。中国的电脑鼠发展的比较晚，2007年，由上海计算机协会的组织在上海师范大学举办了首届中国电脑鼠国际邀请赛。有30多个队伍参赛。2006年ieee组织将电脑鼠规则进行优化。而2016年将半尺寸电脑鼠加入电脑鼠大赛中。

当前的半尺寸迷宫机器人控制系统组成模块单一，无法适应复杂程度较高的路径。

技术实现要素：

本发明为克服上述现有技术中半尺寸迷宫机器人控制系统组成模块单一，无法适应复杂程度较高的路径的缺陷，提供一种半尺寸迷宫机器人控制系统。

本发明的首要目的是为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：

一种半尺寸迷宫机器人控制系统，控制芯片、编码器电路、下载电路、按键电路、红外收发电路、驱动电路、电源电路、电池，所述编码器电路、下载电路、按键电路、红外收发电路、驱动电路、电源电路均与控制芯片电连接，所述电池分别给控制芯片、编码器电路、下载电路、按键电路、红外收发电路、驱动电路供电，所述电池还连接至电源电路的输入端，电源电路的输出端电连接至红外收发电路。

进一步地，所述控制芯片为stm32f405rgt6芯片，所述驱动电路包括drv8850芯片，记为u5，电机m1,电容c3、c4、c5、c6、c7,电阻r5、r8、r9、r10、r12，具体连接关系为：drv8850芯片的第2引脚、第3引脚、第4引脚均连接至电机m1的正向连接端，drv8850芯片的第21引脚、第22引脚、第23引脚均连接至电机m1的负向连接端，drv8850芯片的第17引脚连接至电容c4的一端，电容c4的另一端分别连接至电容c6的一端、drv8850芯片的第18引脚、第19引脚、第20引脚、直流电源正极，电容c6的另一端连接至drv8850芯片的第1引脚、第12引脚、第13引脚、第24引脚、第25引脚、电容c7的一端、接地，电容c7的另一端连接至直流电源正极，drv8850芯片的第5引脚连接至控制芯片的tim1ch1通道，drv8850芯片的第6引脚连接至控制芯片的tim1ch1n6通道，drv8850芯片的第7引脚连接至控制芯片的tim1ch2通道，drv8850芯片的第8引脚连接至控制芯片的tim1ch2n8通道，drv8850芯片的第9引脚通过电阻r5连接至直流电源正极，drv8850芯片的第10引脚通过电容c3连接至电源正极，drv8850芯片的第15引脚分别连接至电阻r8的一端、电容c5的一端、3.3v直流电源，所述电容c5的另一端接地，drv8850芯片的第14引脚连接电阻r8的另一端、电阻r9的一端，电阻r9的另一端接地，drv8850芯片的第11引脚通过电阻r10接地，drv8850芯片的第16引脚通过电阻r12接地。

进一步地，所述红外收发电路包括：芯片fdc6305n、电阻r3、r4、r6、r7、r11、r13，开关s1、s2，芯片fdc6305n记为u4，u4的第1引脚通过电阻r3连接至控制芯片的ir_drive1连接端，u4的第3引脚通过电阻r3连接至控制芯片的ir_drive2连接端，u4的第4引脚通过电阻r11连接至开关s2的第三连接端，开关s2的第一连接端通过电阻r13接地，u4的第6引脚通过电阻r4连接至开关s1的第三连接端，开关s1的第一连接端通过电阻r6接地，开关s1的第4连接端和开关s2的第4连接端均连接至控制芯片的ir_d2v连接端，开关s1的第2连接端和开关s2的第2连接端均接地，u4的第2引脚、第4引脚均接地。

进一步地，所述编码器电路包括：编码芯片tle5012b、电阻r1、电容c1,其中编码芯片tle5012b记为u1，具体连接关系为：u1的第2引脚连接至控制芯片的encsclk连接端，u1的第3引脚连接至控制芯片的spics连接端，u1的第4引脚通过电阻r1连接至控制芯片的encsdata连接端，u1的第8引脚连接至控制芯片的enclb连接端，u1的第7引脚接地，u1的第6引脚分别连接至电容c1的一端、直流电源，电容c1的另一端接地，u1的第5引脚分别连接至控制芯片的encla连接端。

进一步地，所述电源电路包括：降压转换芯片tps82130，电阻r25、r26、r27、电容c13、c14、c15，其中降压转换芯片记为u8，具体连接关系为：u8的第2引脚分别连接至电容c13的一端、直流电源，u8的第8引脚分别连接至电容c14的一端，电容c13的另一端和电容c14的另一端均接地，u8的第8引脚连接直流电源，u8的第4引脚、第5引脚均连接驱动电路的ir_d2v连接端，u8的第7引脚通过电阻r25分别连接至驱动电路的ir_d2v连接端、电容c15的一端，u8的第6引脚通过电阻r26连接至驱动电路的ir_d2v连接端、电容c15的一端，电容c15的另一端接地，u8的第6引脚还通过电阻r27接地。

进一步地，所述控制系统还包括有：陀螺仪模块，所述陀螺仪模块输出端与控制芯片的输入端连接。

进一步地，所述陀螺仪模块包括有：陀螺仪芯片ly3200alh、电阻r33、电容c20、c21、c24，其中陀螺仪芯片ly3200alh记为u10，陀螺仪与控制芯片的具体连接关系为：u10的第1引脚分别连接至直流电源、电容c20的一端，电容c20的另一端接地，u10的第2引脚、第4引脚、第8引脚接地，u10的第3引脚分别连接至电阻r33的一端，电容c21的一端，电阻r33的另一端连接至电容c24的一端，电容c24的另一端与电容c21的另一端均接地，u10的第10引脚、第9引脚均连接至直流电源，u10的第7引脚连接至控制芯片的vrefout连接端，u10的第6引脚连接至控制芯片的outzout连接端。

与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：

本发明通过构建基于多模块的控制系统，使半尺寸迷宫机器人能够获取多维信息来进行路径寻找，克服传统半尺寸迷宫机器人控制系统模块单一的缺陷，提高了其对复杂路径的适应性。

附图说明

图1为本发明的系统原理图。

图2为本发明驱动电路原理图。

图3为本发明红外收发电路原理图。

图4为编码器电路原理图。

图5为本发明电源电路原理图。

图6为本发明陀螺仪模块电路原理图。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

实施例1

如图1所示，一种半尺寸迷宫机器人控制系统，控制芯片、编码器电路、下载电路、按键电路、红外收发电路、驱动电路、电源电路、电池，所述编码器电路、下载电路、按键电路、红外收发电路、驱动电路、电源电路均与控制芯片电连接，所述电池分别给控制芯片、编码器电路、下载电路、按键电路、红外收发电路、驱动电路供电，所述电池还连接至电源电路的输入端，电源电路的输出端电连接至红外收发电路。

在一个具体的实施例中，采用stm32f405rgt6作为控制芯片，所述stm32f405rgt6控制芯片采用了crotexm4的内核，用到64个引脚，处理速度更快。同时其内部自带rc振荡器，为芯片提供时钟。

所述驱动电路选用drv8850芯片，其优点是只需要在一组电源系统下就可以实现让直流电机达到正转与反转的功能，并且再配合pwm调制技术，调整送到直流电机的能量的大小，进而调整直流电机的转速。drv8850有四个输入通道，利用主控芯片产生的pwm波进行驱动。直流电机通过改变电机电压实现调速。pwm调速是通过改变占空比，最终改变输出的平均电压，进而完成直流电机的变速。

驱动电路外接直流电机，直流电机可以选714微型空心杯直流电机，额定输入电压3.7v，可以输出1.48w的功率，最大转速为45000rmps。

所述红外收发电路采用fdc6305n芯片，红外接收发送管反应快，灵敏度高。在半尺寸机器人上将红外收发管合成一个封装，上下安装，节省空间。红外接收管为了能更多的接收光线，内部的pn结做的很大，当从迷宫墙壁上反射的红外光线照射到红外接收管时，光线上所带的能量使得pn结内产生电子，电子在反向电压的作用下发生偏移，形成反向电流，并且光照越强反向电流越大。此时在外电路上接上负载，负载上变产生了电信号。所述电信号随着光照强弱的变化而变化。红外发射管用来发射红外线，利用850nm的波长用来在迷宫中探测道路。

所述编码器电路选用tle5012b芯片。随着半尺寸迷宫机器人轮胎角度的不断变化，磁编码器处对应的磁阻也在不断变化，磁编码器通过这些变化记录出轮胎转动的角度。随着角度或者位移的改变，其电阻或电压的也随之改变。精度可达4096线，配合输入电压3.7v，最大转速可达43000转的微型直流空心杯电机配合使用，从而实现高精度速度和位置控制。编码器竖直安放，节省pcb的空间。

所述迷宫机器人的电源模块中，2v供电采用tps82130转换芯片获得，为红外发射管提供供电电源。

如图2所示，进一步地，所述控制芯片为stm32f405rgt6芯片，所述驱动电路包括drv8850芯片，记为u5，电机m1,电容c3、c4、c5、c6、c7,电阻r5、r8、r9、r10、r12，具体连接关系为：drv8850芯片的第2引脚、第3引脚、第4引脚均连接至电机m1的正向连接端，drv8850芯片的第21引脚、第22引脚、第23引脚均连接至电机m1的负向连接端，drv8850芯片的第17引脚连接至电容c4的一端，电容c4的另一端分别连接至电容c6的一端、drv8850芯片的第18引脚、第19引脚、第20引脚、3.7v直流电源，电容c6的另一端连接至drv8850芯片的第1引脚、第12引脚、第13引脚、第24引脚、第25引脚、电容c7的一端、接地，电容c7的另一端连接至3.7v直流电源正极，drv8850芯片的第5引脚连接至控制芯片的tim1ch1通道，drv8850芯片的第6引脚连接至控制芯片的tim1ch1n6通道，drv8850芯片的第7引脚连接至控制芯片的tim1ch2通道，drv8850芯片的第8引脚连接至控制芯片的tim1ch2n8通道，drv8850芯片的第9引脚通过电阻r5连接至3.7v直流电源正极，drv8850芯片的第10引脚通过电容c3连接至3.7v电源正极，drv8850芯片的第15引脚分别连接至电阻r8的一端、电容c5的一端、3.3v直流电源，所述电容c5的另一端接地，drv8850芯片的第14引脚连接电阻r8的另一端、电阻r9的一端，电阻r9的另一端接地，drv8850芯片的第11引脚通过电阻r10接地，drv8850芯片的第16引脚通过电阻r12接地。

如图3所示，进一步地，所述红外收发电路包括：芯片fdc6305n、电阻r3、r4、r6、r7、r11、r13、开关s1、s2，芯片fdc6305n记为u4，u4的第1引脚通过电阻r3连接至控制芯片的ir_drive1连接端，u4的第3引脚通过电阻r3连接至控制芯片的ir_drive2连接端，u4的第4引脚通过电阻r11连接至开关s2的第三连接端，开关s2的第一连接端通过电阻r13接地，u4的第6引脚通过电阻r4连接至开关s1的第三连接端，开关s1的第一连接端通过电阻r6接地，开关s1的第4连接端和开关s2的第4连接端均连接至控制芯片的ir_d2v连接端，开关s1的第2连接端和开关s2的第2连接端均接地，u4的第2引脚、第4引脚均接地。

如图4所示，进一步地，所述编码器电路包括：编码芯片tle5012b、电阻r1、电容c1,其中编码芯片tle5012b记为u1，具体连接关系为：u1的第2引脚连接至控制芯片的encsclk连接端，u1的第3引脚连接至控制芯片的spics连接端，u1的第4引脚通过电阻r1连接至控制芯片的encsdata连接端，u1的第8引脚连接至控制芯片的enclb连接端，u1的第7引脚接地，u1的第6引脚分别连接至电容c1的一端、3.3v直流电源，电容c1的另一端接地，u1的第5引脚分别连接至控制芯片的encla连接端。

如图5所示，进一步地，所述电源电路包括：降压转换芯片tps82130，电阻r25、r26、r27、电容c13、c14、c15，其中降压转换芯片记为u8，具体连接关系为：u8的第2引脚分别连接至电容c13的一端、3.3v直流电源，u8的第8引脚分别连接至电容c14的一端，电容c13的另一端和电容c14的另一端均接地，u8的第8引脚连接3.3v直流电源，u8的第4引脚、第5引脚均连接驱动电路的ir_d2v连接端，u8的第7引脚通过电阻r25分别连接至驱动电路的ir_d2v连接端、电容c15的一端，u8的第6引脚通过电阻r26连接至驱动电路的ir_d2v连接端、电容c15的一端，电容c15的另一端接地，u8的第6引脚还通过电阻r27接地。

进一步地，所述控制系统还包括有：陀螺仪模块，所述陀螺仪模块输出端与控制芯片的输入端连接。

如图6所示，进一步地，所述陀螺仪模块包括有：陀螺仪芯片ly3200

alh、电阻r33、电容c20、c21、c24，其中陀螺仪芯片ly3200alh记为u10，陀螺仪与控制芯片的具体连接关系为：u10的第1引脚分别连接至3.3v直流电源、电容c20的一端，电容c20的另一端接地，u10的第2引脚、第4引脚、第8引脚接地，u10的第3引脚分别连接至电阻r33的一端，电容c21的一端，电阻r33的另一端连接至电容c24的一端，电容c24的另一端与电容c21的另一端均接地，u10的第10引脚、第9引脚均连接至3.3v直流电源，u10的第7引脚连接至控制芯片的vrefout连接端，u10的第6引脚连接至控制芯片的outzout连接端。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。