基于雙核四輪極速微電腦鼠連轉沖刺系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于雙核四輪極速微電腦鼠連轉沖刺系統(tǒng)，包括處理器單元、第一控制器、第二控制器、第三控制器、第四控制器、電機X、電機Y、電機Z、電機R以及微電腦鼠機械裝置，所述的處理器單元分別與第一控制器、第二控制器、第三控制器以及第四控制器進行電性連接，所述的第一控制器、第二控制器、第三控制器以及第四控制器分別對應與電機X、電機Y、電機Z以及電機R進行電性連接，所述的電機X、電機Y、電機Z以及電機R與微電腦鼠機械裝置進行連接。本發(fā)明提供的基于雙核四輪極速微電腦鼠連轉沖刺系統(tǒng)，抗干擾能力大大增強，同時提高了運算速度，保證基于雙核四輪極速微電腦鼠連轉沖刺系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。
【專利說明】基于雙核四輪極速微電腦鼠連轉沖刺系統(tǒng)
【技術領域】
[0001]本發(fā)明是有屬于微型機器人的【技術領域】，且特別是涉及一種基于雙核四輪極速微電腦鼠連轉沖刺系統(tǒng)。
【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，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。微電腦鼠比賽在國外已經有30幾年的歷史，現在每年國際上都要舉行上百場類似的微電腦鼠大賽。
[0003]微電腦鼠競賽采用運行時間、迷宮時間和碰觸這三個參數，從速度、求解迷宮的效率和電腦鼠的可靠性三個方面來進行評分，不同的國家采用不同的評分標準，最有代表的四個國家標準為:
美國IEEE APEC國際微電腦鼠機器人競賽
探索時間、沖刺時間和固定的接觸扣分，都記入總成績 得分=探索時間/30 +沖刺時間+固定接觸扣分 全日本國際微電腦鼠機器人大會(專家級)
總成績僅計算沖刺時間 得分=最佳沖刺時間 英國微電腦鼠機器人挑戰(zhàn)賽
探索時間、沖刺時間和可變的接觸扣分都記入總成績 得分=探索時間/30 +沖刺時間+變動接觸扣分 新加坡機器人大賽
探索時間、沖刺時間記入總成績；每次接觸機器人將減少一次嘗試機會得分=探索時間/30 +沖刺時間從上面的國際標準來看，沖刺時間決定整個微電腦鼠的成敗，由于國內研發(fā)此微電腦鼠的單位較少，相對研發(fā)水平比較落后，現有技術中的微電腦鼠結構如圖1所示。長時間運行發(fā)現存在著很多安全問題，包括:
(1)作為微電腦鼠的眼睛采用的是超聲波或者是一般的紅外傳感器，而且傳感器的設置有誤，使得微電腦鼠在快速沖刺時對周圍迷宮的判斷存在一定的誤判，使得微電腦在快速沖刺的時候容易撞上前方的擋墻；
(2)作為微電腦鼠的執(zhí)行機構采用的是步進電機，經常會遇到丟失脈沖的問題出現，導致對沖刺位置的記憶出現錯誤，有的時候找不到沖刺的終點；
(3)由于采用步進電機，使得機體發(fā)熱比較嚴重，不利于在大型復雜迷宮中快速沖刺；
(4)由于采用比較低級的算法，使得最佳迷宮的計算和沖刺路徑的計算都有一定的問題，研發(fā)的微電腦鼠基本上不會多次自動加速沖刺，在一般迷宮當中的沖刺一般都要花費
15~30秒的時間，這使得在真正的國際復雜迷宮大賽中無法取勝； (5)由于微電腦鼠在快速沖刺過程中需要頻繁的剎車和啟動，加重了單片機的工作量，單片信號處理器無法滿足微電腦鼠快速沖刺的要求；
(6)相對采用的都是一些體積比較大的插件元器件使得微電腦鼠的體積和重量比較龐大，而且重心較高，無法滿足快速沖刺的要求；
(7)由于受周圍環(huán)境不穩(wěn)定因素干擾，特別是周圍一些光線的干擾，單片機控制器經常會出現異常，引起微電腦鼠失控，抗干擾能力較差；
(8)對于差速控制的微電腦鼠來說，一般要求其兩個電機的控制信號要同步，但是對于單一單片機來說很難辦到，使得微電腦鼠在高速沖刺時會在迷宮當中搖擺幅度較大，經常出現撞墻的現象發(fā)生，導致沖刺失??；
(9)由于受單片機容量和算法影響，微電腦鼠對迷宮的信息沒有存儲，當遇到掉電情況時候所有的信息將消失，這使得整個沖刺過程無法完成；
(10)由于沒有角速度傳感器的輔助進行轉彎，經常出現轉彎角度過小或者過大的現象發(fā)生，然后依靠導航的傳感器進行補償，導致在連續(xù)多次轉彎的迷宮中出現撞墻的現象發(fā)生，致使沖刺失?。?br> (11)采用單個傳感器探知前方迷宮的擋墻，極易收到外界干擾，致使前方傳感器錯誤引導快速沖刺的微電腦鼠，導致微電腦鼠在迷宮中沖刺不到位或者撞墻，致使沖刺失??；
(12)由于受單片機容量影響，現有的微電腦鼠基本上都只有兩個動力驅動輪，采用兩輪差速方式行駛，使得系統(tǒng)對兩軸的伺服要求較高，特別是直線導航時，要求速度和加速度要追求嚴格的一致，否則直線導航將會失敗，導致微電腦鼠出現撞墻的現象發(fā)生；
(13)兩輪微電腦鼠系統(tǒng)在加速時由于重心后移，使得老鼠前部輕飄，即使在良好的路面上微電腦鼠也會打滑，有可能導致撞墻的現象出現，不利于高速微電腦鼠的發(fā)展；
(14)兩輪微電腦鼠系統(tǒng)在正常行駛時如果設計不當造成重心前偏，將導致驅動輪上承受的正壓力減小，這時微電腦鼠系統(tǒng)更加容易打滑，也更容易走偏，導致導航失??；
(15)兩輪微電腦鼠系統(tǒng)在正常行駛時如果設計不當造成重心側偏將導致兩個驅動輪承受的正壓力不同，在快速啟動時兩輪打滑程度不一致，瞬間就偏離軌跡，轉彎時，其中正壓力小的輪子可能打滑，導致轉彎困難；
(16)由于采用兩個動力輪驅動，為了滿足復雜狀態(tài)下的加速和減速，使得單個驅動電機的功率較大，不僅占用的空間較大，而且有時候在一些相對需求能量較低的狀態(tài)下造成“大馬拉小車”的現象出現，不利于微電腦鼠本體微型化發(fā)展和微電腦鼠系統(tǒng)能源的節(jié)?。?br> 綜上所述，因此需要對現有的基于單片機控制的微電腦鼠控制器進行重新設計。

【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明主要解決的技術問題是提供一種基于雙核四輪極速微電腦鼠連轉沖刺系統(tǒng)，克服單一單片機不能滿足微電腦鼠穩(wěn)定性和快速性的要求，舍棄了國產微電腦鼠所采用的單一單片機工作模式，處采用雙核處理器，包括ARM9處理器和FPGA處理器，以FPGA處理器為處理核心，實現四軸直流電機同步伺服數字信號的實時處理，把ARM9處理器從復雜的工作當中解脫出來，實現部分的信號處理算法和FPGA處理器的控制邏輯，并響應中斷，實現數據通信和存儲實時信號，抗干擾能力大大增強，同時提高了運算速度，保證基于雙核四輪極速微電腦鼠連轉沖刺系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。[0005]為解決上述技術問題，本發(fā)明采用的一個技術方案是:提供一種基于雙核四輪極速微電腦鼠連轉沖刺系統(tǒng)，包括處理器單元、第一控制器、第二控制器、第三控制器、第四控制器、電機X、電機Y、電機Z、電機R以及微電腦鼠機械裝置，所述的處理器單元分別與第一控制器、第二控制器、第三控制器以及第四控制器進行電性連接，所述的第一控制器、第二控制器、第三控制器以及第四控制器分別對應與電機X、電機Y、電機Z以及電機R進行電性連接，所述的電機X、電機Y、電機Z以及電機R與微電腦鼠機械裝置進行連接。
[0006]在本發(fā)明一個較佳實施例中，所述的處理器單元為一雙核處理器，包括ARM9處理器和FPGA處理器。
[0007]在本發(fā)明一個較佳實施例中，所述的處理器單元還包括設于ARM9處理器和FPGA處理器的上位機系統(tǒng)和運動控制系統(tǒng)，所述的上位機系統(tǒng)包括迷宮讀取模塊、坐標定位模塊以及在線輸出模塊，所述的運動控制系統(tǒng)包括伺服控制模塊、數據存儲模塊以及I/o控制模塊，其中，所述的迷宮讀取模塊、坐標定位模塊、在線輸出模塊、數據存儲模塊以及I/o控制模塊分別與所述的ARM9處理器進行電性連接。
[0008]在本發(fā)明一個較佳實施例中，所述的伺服控制模塊還包括轉換模塊、編碼器模塊、電流模塊、速度模塊以及坐標模塊，所述的控制伺服控制模塊與所述的FPGA處理器進行電性連接。
[0009]在本發(fā)明一個較佳實施例中，所述的微電腦鼠連轉沖刺系統(tǒng)還包括電池，所述的電池與所述的處理器單元進行電性連接。
[0010]在本發(fā)明一個較佳實施例中，所述的電池為鋰離子電池。
[0011 ] 在本發(fā)明一個較佳實施例中，所述的電機X、電機Y、電機Z和電機R均為高速永磁直流電機。
[0012]在本發(fā)明一個較佳實施例中，所述的電機X、電機Y、電機Z和電機R的轉軸上均設有光電編碼器。
[0013]在本發(fā)明一個較佳實施例中，所述的微電腦鼠機械裝置上設有光電傳感器、電壓傳感器以及六個屏蔽傳感器，所述光電傳感器、電壓傳感器以及屏蔽傳感器分別與所述的處理器單元進行電性連接。
[0014]在本發(fā)明一個較佳實施例中，所述的微電腦鼠機械裝置上設有兩片陀螺儀，所述的陀螺儀與所述的處理器單元進行電性連接。
[0015]本發(fā)明的基于雙核四輪極速微電腦鼠連轉沖刺系統(tǒng)，克服單一單片機不能滿足微電腦鼠穩(wěn)定性和快速性的要求，舍棄了國產微電腦鼠所采用的單一單片機工作模式，處采用雙核處理器，包括ARM9處理器和FPGA處理器，以FPGA處理器為處理核心，實現四軸直流電機同步伺服數字信號的實時處理，把ARM9處理器從復雜的工作當中解脫出來，實現部分的信號處理算法和FPGA處理器的控制邏輯，并響應中斷，實現數據通信和存儲實時信號，抗干擾能力大大增強，同時提高了運算速度，保證基于雙核四輪極速微電腦鼠連轉沖刺系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]為了更清楚地說明本發(fā)明實施例中的技術方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其它的附圖，其中:
圖1為現有技術的微電腦鼠系統(tǒng)的電路圖；
圖2為本發(fā)明較佳實施例的基于雙核四輪極速微電腦鼠連轉沖刺系統(tǒng)的電路圖；
圖3為圖2中處理器單元的內部系統(tǒng)結構框圖；
圖4為本發(fā)明較佳實施例的微電腦鼠迷宮示意圖；
圖5為本發(fā)明較佳實施例的微電腦鼠的結構示意圖；
圖6為微電腦鼠速度曲線圖；
圖7微電腦鼠自動沖刺程序示意圖；
圖8為微電腦鼠右轉沖刺示意圖；
圖9為微電腦鼠左轉沖刺意義圖；
圖10連轉樓梯迷宮；
圖11連轉樓梯示意圖；
圖12連轉樓梯參數示意圖；
圖13連轉M型迷宮；
圖14連轉M型示意圖；
圖15連轉M型參數示意圖；
圖16為本發(fā)明較佳實施例的基于雙核四輪極速微電腦鼠連轉沖刺系統(tǒng)控制示意圖； 附圖5中各部件的標記如下:1、微電腦鼠，2、車輪,3、蔽障傳感器,4、光電補償傳感器，
5、電壓傳感器。
【具體實施方式】
[0017]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。
[0018]請參閱圖2至圖15,本發(fā)明實施例包括:
一種基于雙核四輪極速微電腦鼠連轉沖刺系統(tǒng)，包括處理器單元、第一控制器、第二控制器、第三控制器、第四控制器、電機X、電機Y、電機Z、電機R以及微電腦鼠機械裝置，所述的處理器單元分別與第一控制器、第二控制器、第三控制器以及第四控制器進行電性連接，所述的第一控制器、第二控制器、第三控制器以及第四控制器分別對應與電機X、電機Y、電機Z以及電機R進行電性連接，所述的電機X、電機Y、電機Z以及電機R與微電腦鼠機械裝置進行連接。
[0019]上述中，所述的微電腦鼠連轉沖刺系統(tǒng)還包括電池，所述的電池與所述的處理器單元進行電性連接。其中，所述的電池為鋰離子電池，是一種供電裝置，為整個系統(tǒng)的工作提供工作電壓。
[0020]進一步的，所述的電機X、電機Y、電機Z和電機R均為高速永磁直流電機。其中，所述的電機X、電機Y、電機Z和電機R的轉軸上均設有光電編碼器。
[0021]其工作原理為:由電池為整個系統(tǒng)的工作提供工作電壓，處理器單元分別控制所述的第一控制器、第二控制器、第三控制器和第四控制器，由所述的第一控制器、第二控制器、第三控制器和第四控制器分別發(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，所述的第一控制信號、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電機X、電機Y、電機Z和電機R,通過所述的電機X的第一控制信號、通過所述的電機Y的第二控制信號、通過所述的電機Z的第三控制信號和通過所述的電機R的第四控制信號經過合成之后，控制微電腦鼠機械裝置的運動。
[0022]其中，所述的處理器單元為一雙核處理器，包括ARM9處理器和FPGA處理器。
[0023]ARM9 處理器米用 R I SC ( Reduce Instruction Computer，精簡指令集計算機)結構，具有寄存器多、尋址方式簡單、批量傳輸數據、使用地址自動增減等特點。新一代的ARM9處理器，通過全新的設計，采用了更多的晶體管，能夠達到兩倍以上于ARM7處理器的處理能力。這種處理能力的提高是通過增加時鐘頻率和減少指令執(zhí)行周期實現的。
[0024]S3C2440A采用ARM920T內核，其主要特點有:
(1)1.2V 內核，1.8V/2.5V/3.3V 儲存器，3.3V 擴展 I/O, 16KB 指令 Cache (1-Cache)/16KB 數據 Cache (D-Cache)
(2)3 路 URAT
(3)4路PWM定時器/I路內部定時器/看門狗定時器 (4)8路10位ADC和觸摸屏接口
(5)130個通用1/0，24個外部中斷源
(6)32bit定點RISC處理器，改進型ARM/ Thumb代碼交織，增強性乘法器設計。支持實時(real-time)調試；
(7)片內指令和數據SRAM，而且指令和數據的存儲器容量可調；
(8)片內指令和數據高速緩沖器(cache)容量從4K字節(jié)到IM字節(jié)；
(9)設置保護單元(protectionunit)，非常適合嵌入式應用中對存儲器進行分段和保護； (10)采用AMBA AHB總線接口，為外設提供統(tǒng)一的地址和數據總線；
(10)支持外部協(xié)處理器，指令和數據總線有簡單的握手信令支持；
(11)支持標準基本邏輯單元掃描測試方法學，而且支持BIST(built-1n-self-test)；
(12)支持嵌入式跟蹤宏單元，支持實時跟蹤指令和數據。
[0025]FPGA處理器,是英文Field Programmable Gate Array的縮寫，即現場可編程門陣列，是在PAL、GAL、EPLD等可編程器件的基礎上進一步發(fā)展的產物。它是作為專用集成電路(ASIC)領域中的一種半定制電路而出現的，即解決了定制電路的不足，又克服了原有可編程器件門電路數有限的缺點。
[0026]FPGA處理器采用了邏輯單元陣列LCA (Logic Cell Array)這樣一個新概念，內部包括可配置邏輯模塊CLEKConfigurable Logic Block)、輸出輸入模塊IOB (Input OutputBlock)和內部連線(Interconnect)三個部分。FPGA處理器的基本特點主要有:
I)采用FPGA處理器設計ASIC電路，用戶不需要投片生產，就能得到合用的芯片。
[0027]2) FPGA處理器可做其它全定制或半定制ASIC電路的中試樣片。
[0028]3) FPGA處理器內部有豐富的觸發(fā)器和I / O引腳。
[0029]4) FPGA處理器是ASIC電路中設計周期最短、開發(fā)費用最低、風險最小的器件之
O[0030]5) FPGA處理器采用高速CHMOS工藝，功耗低，可以與CMOS、TTL電平兼容。
[0031]可以說，FPGA處理器是小批量系統(tǒng)提高系統(tǒng)集成度、可靠性的最佳選擇之一。
[0032]上述特點使得用戶可以根據自己的設計需要，通過特定的布局布線工具對其內部進行重新組合連接，在最短的時間內設計出自己的專用集成電路，這樣就減小成本、縮短開發(fā)周期。由于FPGA處理器采用軟件化的設計思想實現硬件電路的設計，這樣就使得基于FPGA處理器設計的系統(tǒng)具有良好的可復用和修改性。這種全新的設計思想已經逐漸應用在高性能的直流驅動控制上，并快速發(fā)展。
[0033]進一步的，所述的處理器單元還包括設于ARM9處理器和FPGA處理器的上位機系統(tǒng)和運動控制系統(tǒng)，所述的上位機系統(tǒng)包括迷宮讀取模塊、坐標定位模塊以及在線輸出模塊，所述的運動控制系統(tǒng)包括伺服控制模塊、數據存儲模塊以及I/O控制模塊。
[0034]其中，所述的迷宮讀取模塊、坐標定位模塊、在線輸出模塊、數據存儲模塊以及I/O控制模塊分別與所述的ARM9處理器進行電性連接；所述的控制伺服控制模塊與所述的FPGA處理器進行電性連接。
[0035]迷宮讀取模塊將已經預設好的迷宮進行調出；坐標定位模用于提示微電腦鼠的位置以及位置參數設置等；在線輸出模塊用于提示微電腦鼠的工作狀態(tài)；數據存儲模塊為一存儲器；1/0控制模塊包括RS-232串行接口、ICE端口等。所述的伺服控制模塊進一步包括轉換模塊、編碼器模塊、電流模塊、速度模塊以及坐標模塊。
[0036]其中，所述的轉換模塊包括模擬數字轉換器(ADC，Analog to DigitalConverter)及數字模擬轉換器(DAC, Digital to Analog Converter);所述的編碼器模塊用于檢測微電腦鼠實際轉速，判斷是否符合速度要求，是否過快或過慢，并發(fā)出控制信號。
[0037]所述的電流模塊與電池和控制器、轉換模塊連接。轉換模塊根據電池和控制器的電流，判斷工作功率，并把功率狀況反饋至電池，電流模塊用于調整電池的供電功率達到微電腦鼠需要的范圍。
[0038]所述的速度模塊與編碼器模塊通訊連接，當編碼器模塊檢測微電腦鼠實際轉速過快或過慢，速度模塊根據編碼器模塊檢測的結果來調節(jié)微電腦鼠實際轉速。
[0039]所述的坐標模塊用于檢測微電腦鼠的坐標位置，接到控制器發(fā)出的沖刺命令后，會沿著起點開始快速向終點沖刺。
[0040]對于處理器單元為一雙核處理器，把微電腦鼠放在迷宮起始點，在電源打開狀態(tài)下，根據按鍵信息決定是自動搜索完成迷宮探索或者是調取儲存的迷宮信息生成最優(yōu)沖刺路徑，然后微電腦鼠依靠前方、左右側面蔽障傳感器根據實際導航環(huán)境傳輸參數給處理器單元中的ARM9處理器，ARM9處理器處理后與FPGA處理器通訊，然后由FPGA處理器結合光電編碼器和電流傳感器的反饋生成控制四路直流電機的同步PWM波信號，并把處理數據通訊給ARM9處理器，由ARM9處理器繼續(xù)處理后續(xù)的運行狀態(tài)。
[0041]結合以上描述，所述的ARM9處理器用于控制迷宮讀取模塊、坐標定位模塊、在線輸出模塊、數據存儲模塊以及I/o控制模塊，FPGA處理器用于控制伺服控制模塊，這樣就實現了 ARM9處理器與FPGA處理器的分工，把ARM9處理器從復雜的工作當中解脫出來，且ARM9處理器和FPGA處理器之間也可以進行通訊，實時進行數據交換和調用。
[0042]本發(fā)明為克服單一的單片機不能滿足基于雙核四輪極速微電腦鼠連轉沖刺系統(tǒng)的穩(wěn)定性和快速性的要求，舍棄了基于雙核四輪極速微電腦鼠連轉沖刺系統(tǒng)所采用單一的單片機的工作模式，提供了基于ARM9處理器和FPGA處理器的全新控制模式。處理器單元以FPGA處理器為處理核心，實現四軸直流電機同步伺服數字信號的實時處理，把ARM9處理器從復雜的工作當中解脫出來，實現部分的信號處理算法和FPGA處理器的控制邏輯，并響應中斷，實現數據通信和存儲實時信號。
[0043]在本實施例中，所述微電腦鼠I上設有六個紅外傳感器0PE5594A作為蔽障傳感器3，每一個蔽障傳感器3分別與所述處理器單元進行電性連接，將六個蔽障傳感器3分別編號為S1、S2、S3、S4、S5、S6，其中，蔽障傳感器SI和蔽障傳感器S6的信號發(fā)射方向與所述車輪2的運動方向相同，蔽障傳感器S2和蔽障傳感器S5的信號發(fā)射方向相反且垂直于所述車輪2的運動方向，蔽障傳感器S3和蔽障傳感器S4與所述車輪2的運動方向的夾角為一般為45度。
[0044]進一步的，所述微電腦鼠I包括電壓傳感器5和光電傳感器4，所述電壓傳感器5和光電傳感器4分別與所述處理器單元進行電性連接，所述電壓傳感器5編號為S8，所述光電傳感器4編號為S7。
[0045]再進一步的，所述的微電腦鼠I上還設有兩片陀螺儀(圖未視)，所述的陀螺儀與所述的處理器單元進行電性連接。
[0046]其具體功能實現如下:
1)在微電腦鼠打開電源瞬間，系統(tǒng)將會按照圖7的方式完成沖刺，首先系統(tǒng)要完成初始化，然后等待按鍵信息，未接到按鍵信息命令之前，它一般會在起點坐標(0，O)等待控制器發(fā)出的沖刺命令，根據按鍵信息，本發(fā)明有多種沖刺方法:如果按下的是START(啟動)鍵，說明系統(tǒng)要放棄以前的迷宮信息先進行搜索，然后搜索完成后生成優(yōu)化的沖刺迷宮信息，微電腦鼠進入自動多次沖刺階段；如果按下的是RESET (復位)+STRAT (啟動)鍵，說明系統(tǒng)要調出已經探索后的最優(yōu)迷宮，然后沿著起點開始快速向終點(7，7)、(7，8)、(8，7)、(8，8)沖刺；如果按下的是RESET (復位)+STRAT (啟動)+SPEED (速度)鍵，說明系統(tǒng)要調出已經探索后的最優(yōu)迷宮，然后沿著起點以設定的沖刺速度開始快速向終點(7，7)、(7，8)、(8，7)、(8，8)沖刺；
2)微電腦鼠放在起點坐標(0，0)，接到任務后為了防止放錯沖刺方向，其前方的傳感器S1、S6和會對前方的環(huán)境進行判斷，確定有沒有擋墻進入運動范圍，如存在擋墻將向ARM9處理器發(fā)出中斷請求，ARM9處理器會對中斷做第一時間響應，如果ARM9處理器的中斷響應沒有來得及處理，微電腦鼠的電機X、電機Y、電機Z和電機R將繼續(xù)自鎖，然后二次判斷迷宮確定前方信息，防止信息誤判；如果沒有擋墻進入前方的運動范圍，微電腦鼠將進行正常的沖刺；
3)在微電腦啟動沖刺瞬間，傳感器S1、S2、S3、S4、S5、S6(六個獨立的紅外發(fā)射管0PE5594A發(fā)出的紅外光經接收器TSL262接受后轉化為周圍迷宮的信息)判斷周圍的環(huán)境并送給AIM9處理器，然后由ARM9處理器根據沖刺迷宮信息生成圖6的S曲線圖生成速度-時間運動圖的指令給定值，這個圖形包含的面積就是微電腦鼠兩個電機X、電機Y、電機Z和電機R要運行的距離SI，然后ARM9處理器使能FPGA處理器并與FPGA處理器通訊，由FPGA處理器根據這些參數結合光電編碼盤和電流傳感器的反饋生成驅動四軸直流電機的PWM波與方向，PWM波經驅動橋后驅動四個獨立電機，完成整個加速過程直到達到沖刺設定速度，并把處理數據通訊給ARM9處理器，由ARM9處理器繼續(xù)處理后續(xù)的運行狀態(tài)； 4)在微電腦鼠沿著Y軸向前運動如果有多個坐標沒有擋墻進入前方的運動范圍，系統(tǒng)將進入沖刺子程序1，微電腦鼠將存儲其坐標(X，Y)，為了快速沖刺需要，舍棄了傳統(tǒng)單一速度沖刺模式，按照圖6的速度和時間曲線進行加速和減速，并把向前運動Z格的位置參數傳輸給ARM9處理器，然后ARM9處理器把此參數按照各種沖刺條件不同的要求轉化為速度參數以及加速度參數并使能FPGA處理器，然后把設定指令值傳輸給FPGA處理器，FPGA處理器會根據這些參數指令值并結合光電編碼器和電流傳感器的反饋生成驅動后軸電機X和電機Y的PWM波形和方向，控制后軸的電機X和電機Y向前運動快速，并時刻記錄在迷宮移動的具體距離S，如果在快速沖刺運動過程中，出現打滑或者是灰塵較多的狀況時，ARM9處理器會相應FPGA處理器內前驅的兩個電機使能中斷，ARM9處理器把剩余的距離轉化為新的參考指令值傳輸給FPGA處理器，FPGA處理器會根據這些參數結合光電編碼盤和電流傳感器的反饋生成驅動前后左右四輪的PWM波形和方向，經驅動橋控制前后左右輪的電機X、電機Y、電機Z和電機R向前運動，當到達設定目標時，將更新其坐標為(X，Y+Z)，在其向前運動過程到達既定目標時，在Y+Z〈 15的前提下，判斷其坐標是不是(7，7)、(7，8)、(8，7)、(8，8)其中的一個，如果不是將繼續(xù)更新其坐標，如果是的話通知控制器已經沖刺到目標，然后置返航探索標志為1，沖刺標志為O，微電腦鼠準備沖刺后的二次返程探索，去搜尋更優(yōu)的迷宮路徑；
5)在微電腦鼠沿著Y軸反向向前運動如果有多個坐標沒有擋墻進入前方的運動范圍，系統(tǒng)將進入沖刺子程序1，微電腦鼠將存儲其坐標(X，Y)，為了快速沖刺需要，舍棄了傳統(tǒng)單一速度沖刺模式，按照圖6的速度和時間曲線進行加速和減速，并把向前運動Z格的位置參數傳輸給ARM9處理器，然后ARM9處理器把此參數按照各種沖刺條件不同的要求轉化為速度參數以及加速度參數并使能FPGA處理器，然后把設定指令值傳輸給FPGA處理器，FPGA處理器會根據這些參數指令值并結合光電編碼器和電流傳感器的反饋生成驅動后軸電機X和電機Y的PWM波形和方向，控制后軸的電機X和電機Y向前運動快速，并時刻記錄在迷宮移動的具體距離S，如果在快速沖刺運動過程中，出現打滑或者是灰塵較多的狀況時，ARM9處理器會相應FPGA處理器內前驅的兩個電機使能中斷，ARM9處理器把剩余的距離轉化為新的參考指令值傳輸給FPGA處理器，FPGA處理器會根據這些參數結合光電編碼盤和電流傳感器的反饋生成驅動前后左右四輪的PWM波形和方向，經驅動橋控制前后左右輪的電機X、電機Y、電機Z和電機R向前運動，當到達設定目標時，將更新其坐標為(X，Y-Z),在其向前運動過程到達既定目標時，在Υ-Ζ>0的前提下，判斷其坐標是不是(7，7)、(7，8)、(8，7)、(8，8)其中的一個，如果不是將繼續(xù)更新其坐標，如果是的話通知控制器已經沖刺到目標，然后置返航探索標志為1，沖刺標志為O，微電腦鼠準備沖刺后的二次返程探索，去搜尋更優(yōu)的迷宮路徑；
6)在微電腦鼠沿著Y軸向前運動過程中如果有擋墻進入前方的運動范圍，并且此時迷宮信息中左方有擋墻時，系統(tǒng)將進入沖刺子程序2，微電腦鼠將存儲此時坐標(X，Y)，然后進入圖7所示的曲線運動軌跡，在右沖刺轉彎時，ARM9處理器首先把行走直線很短的距離Leading按照各種沖刺條件不同的要求轉化為速度參數以及加速度參數指令值，然后使能FPGA處理器，由FPGA處理器使能四個直流電機的中斷請求，FPGA處理器根據這些參數并結合光電編碼器和電流傳感器的反饋生成驅動前后左右輪的PWM波形和方向，控制電機X、電機Y、電機Z和電機R向前快速運動；當到達既定目標時，傳感器參考值R90_FrontWallRef開始工作，防止外界干擾開始做誤差補償，誤差補償結束后，ARM9處理器把行走的曲線軌跡R_Arcl和R_Arc3按照各種沖刺條件不同的要求轉化為FPGA處理器的速度參數以及加速度參數指令值，FPGA處理器根據這些參數并結合光電編碼器和電流傳感器的反饋生成驅動前驅和后驅四軸電機的PWM波形和方向，然后控制前后左右四輪工作；當到達既定目標后，ARM9處理器把行走的曲線軌跡R_Arc2和R_Arc4按照各種沖刺條件不同的要求轉化為FPGA處理器的速度參數以及加速度參數指令值，FPGA處理器根據這些參數并結合光電編碼器和電流傳感器的反饋生成驅動前驅和后驅四軸電機的PWM波形和方向，然后控制前后左右四輪工作；當到達既定目標后，陀螺儀控制微電腦鼠已經向右旋轉90度，然后控制器把直線行走很短的距離Passing按按照各種沖刺條件不同的要求轉化為FPGA處理器的速度參數以及加速度參數指令值，FPGA處理器根據這些參數并結合光電編碼器和電流傳感器的反饋生成驅動前驅和后驅四軸電機的PWM波形和方向，然后控制前后左右四輪工作；當到達既定目標后，完成整個右轉彎的軌跡曲線運動，此時將更新其坐標為(X+1，Y)，在X+l〈15的前提下，判斷其坐標是不是(7，7)、(7，8)、(8，7)、(8，8)其中的一個，如果不是將繼續(xù)更新其坐標，如果是的話通知控制器已經沖刺到目標，然后置返航探索標志為1，沖刺標志為0，微電腦鼠準備沖刺后的二次返程探索，去搜尋更優(yōu)的迷宮路徑；
7)在微電腦鼠沿著Y軸向前運動過程中如果有擋墻進入前方的運動范圍，并且此時迷宮信息中右方有擋墻時，系統(tǒng)將進入沖刺子程序3，微電腦鼠將存儲此時坐標(X，Y)，然后進入圖8所示的曲線運動軌跡，在左沖刺轉彎時，ARM9處理器首先把行走直線很短的距離Leading按照各種沖刺條件不同的要求轉化為速度參數以及加速度參數指令值，然后使能FPGA處理器，由FPGA處理器使能四個直流電機的中斷請求，FPGA處理器根據這些參數并結合光電編碼器和電流傳感器的反饋生成驅動前后左右輪的PWM波形和方向，控制電機X、電機Y、電機Z和電機R向前快速運動；當到達既定目標時，傳感器參考值L90_FrontWallRef開始工作，防止外界干擾開始做誤差補償，誤差補償結束后，ARM9處理器把行走的曲線軌跡L_Arcl和L_Arc3按照各種沖刺條件不同的要求轉化為FPGA處理器的速度參數以及加速度參數指令值，FPGA處理器根據這些參數并結合光電編碼器和電流傳感器的反饋生成驅動前驅和后驅四軸電機的PWM波形和方向，然后控制前后左右四輪工作；當到達既定目標后，ARM9處理器把行走的曲線軌跡L_Arc2和L_Arc4按照各種沖刺條件不同的要求轉化為FPGA處理器的速度參數以及加速度參數指令值，FPGA處理器根據這些參數并結合光電編碼器和電流傳感器的反饋生成驅動前驅和后驅四軸電機的PWM波形和方向，然后控制前后左右四輪工作；當到達既定目標后，陀螺儀控制微電腦鼠已經向左旋轉90度，控制器把直線行走很短的距離Passing按按照各種沖刺條件不同的要求轉化為FPGA處理器的速度參數以及加速度參數指令值，FPGA處理器根據這些參數并結合光電編碼器和電流傳感器的反饋生成驅動前驅和后驅四軸電機的PWM波形和方向，然后控制前后左右四輪工作；當到達既定目標后，完成整個右轉彎的軌跡曲線運動，此時將更新其坐標為(X-1，Y)，在X-1>0的前提下，判斷其坐標是不是(7，7)、(7，8)、(8，7)、(8，8)其中的一個，如果不是將繼續(xù)更新其坐標，如果是的話通知控制器已經沖刺到目標，然后置返航探索標志為1，沖刺標志為0，微電腦鼠準備沖刺后的二次返程探索，去搜尋更優(yōu)的迷宮路徑；
8)在微電腦鼠沿著X軸、Y軸向前運動過程中如果有類似圖10的樓梯型迷宮擋墻進入前方的運動范圍，系統(tǒng)將進入沖刺子程序4，微電腦鼠將存儲此時坐標(X，Y)，然后進入圖11、圖12所示的曲線運動軌跡，在一次右沖刺轉彎時，ARM9處理器首先把行走直線很短的距離Leadingl按照不同的沖刺條件時間要求轉化為速度參數以及加速度參數指令值，然后與FPGA處理器通訊，FPGA處理器結合電機X、電機Y、電機Z和電機R上的光電編碼器和電流傳感器的反饋經內部的伺服調節(jié)程序生成控制四輪的PWM波，然后通過驅動橋控制前后左右四輪以相同的加速度和速度直線前進；當到達既定目標時，把此時的迷宮坐標更新為(X+1，Y)，傳感器參考值R90_FrOntWallRef開始工作，防止外界干擾開始做誤差補償，誤差補償結束后，控制器會把曲線運動軌跡R_Arcl和R_Arc3按照不同的沖刺條件時間要求轉化為速度參數以及加速度參數指令值，然后與FPGA處理器通訊，FPGA處理器結合電機X、電機Y、電機Z和電機R上的光電編碼器和電流傳感器的反饋經內部的伺服調節(jié)程序生成控制四輪的PWM波，，然后通過驅動橋控制前后左右輪的速度以恒定的比值轉彎；當到達既定目標后，控制器會把曲線運動軌跡R_Arc2和R_Arc4按照不同的沖刺條件時間要求轉化為速度參數以及加速度參數指令值，然后與FPGA處理器通訊，FPGA處理器結合電機X、電機Y、電機Z和電機R上的光電編碼器和電流傳感器的反饋經內部的伺服調節(jié)程序生成控制四輪的PWM波，然后通過驅動橋控制前后左右輪的速度以恒定的比值轉彎；當到達既定目標后，陀螺儀控制微電腦鼠已經向右旋轉90度，控制器把直線行走很短的距離Passingl+Leading2,按照不同的沖刺條件時間要求轉化為速度參數以及加速度參數指令值，然后與FPGA處理器通訊，FPGA處理器結合電機X、電機Y、電機Z和電機R上的光電編碼器和電流傳感器的反饋經內部的伺服調節(jié)程序生成控制四輪的PWM波，然后通過驅動橋控制前后左右輪以相同的加速度和速度前進，當傳感器S2的值產生有高電平到低電平的躍變時，更新微電腦鼠坐標為(X+1，Y-1)，微電腦鼠繼續(xù)以當前的速度和加速前進，當到達既定目標時，傳感器參考值L90_FrOntWallRef開始工作，防止外界干擾開始做誤差補償，誤差補償結束后，控制器會把曲線運動軌跡L_Arcl和L_Arc3按照不同的沖刺條件時間要求轉化為速度參數以及加速度參數指令值，然后與FPGA處理器通訊，FPGA處理器結合電機X、電機Y、電機Z和電機R上的光電編碼器和電流傳感器的反饋經內部的伺服調節(jié)程序生成控制四輪的PWM波，然后通過驅動橋控制前后左右輪的速度以恒定的比值轉彎；當到達既定目標后，控制器會把曲線運動軌跡L_Arc2和L_Arc4按照不同的沖刺條件時間要求轉化為速度參數以及加速度參數指令值，然后與FPGA處理器通訊，FPGA處理器結合電機X、電機Y、電機Z和電機R上的光電編碼器和電流傳感器的反饋經內部的伺服調節(jié)程序生成控制四輪的PWM波，然后通過驅動橋控制前后左右輪的速度以恒定的比值轉彎；當到達既定目標后，陀螺儀控制微電腦鼠已經向左旋轉90度，控制器把直線行走很短的距離Passing2+Leading3按照不同的沖刺條件時間要求轉化為速度參數以及加速度參數指令值，然后與FPGA處理器通訊，FPGA處理器結合電機X、電機Y、電機Z和電機R上的光電編碼器和電流傳感器的反饋經內部的伺服調節(jié)程序生成控制四輪的PWM波，然后通過驅動橋控制左右輪以相同的加速度和速度前進，當傳感器S5的值產生有高電平到低電平的躍變時，微電腦鼠完成一個樓梯的沖刺，更新微電腦鼠坐標為(X+2，Y-1)，依此類推，當微電腦鼠完成Z格樓梯迷宮沖刺時，在Z格的坐標為(Χ+Ζ，Υ-Ζ)，沖出Z格樓梯迷宮的坐標為(Χ+Ζ+1, Y-Z),在 Χ+Ζ+1>0 和 Υ-Ζ>0 的前提下，判斷其坐標是不是(7，7)、(7，8)、(8，7)、(8，
8)其中的一個，如果不是將繼續(xù)更新其坐標，如果是的話通知控制器已經沖刺到目標，然后置返航探索標志為1，沖刺標志為0，微電腦鼠準備沖刺后的二次返程探索，去搜尋更優(yōu)的迷宮路徑；
9)在微電腦鼠沿著X軸、Y軸向前運動過程中如果有類似圖13的M型迷宮擋墻進入前方的運動范圍，系統(tǒng)將進入沖刺子程序5，微電腦鼠將存儲此時坐標(X，Y)，然后進入圖14、圖15所示的曲線運動軌跡，在一次左沖刺轉彎時，ARM9處理器首先把行走直線很短的距離Leadingl按照不同的沖刺條件時間要求轉化為速度參數以及加速度參數指令值，然后與FPGA處理器通訊，FPGA處理器結合電機X、電機Y、電機Z和電機R上的光電編碼器和電流傳感器的反饋經內部的伺服調節(jié)程序生成控制四輪的PWM波，然后控制前后左右四輪以相同的加速度和速度直線前進；當到達既定目標時，把此時的迷宮坐標更新為(X+1，Y)，傳感器參考值L90_FrontWallRef開始工作，防止外界干擾開始做誤差補償，誤差補償結束后控制器會把曲線運動軌跡L_Arcl和L_Arc3按照不同的沖刺條件時間要求轉化為速度參數以及加速度參數指令值，然后與FPGA處理器通訊，FPGA處理器結合電機X、電機Y、電機Z和電機R上的光電編碼器和電流傳感器的反饋經內部的伺服調節(jié)程序生成控制四輪的PWM波，然后控制四輪的速度以恒定的比值轉彎；當到達既定目標后，控制器會把曲線運動軌跡L_Arc2和L_Arc4按照不同的沖刺條件時間要求轉化為速度參數以及加速度參數指令值，然后與FPGA處理器通訊，FPGA處理器結合電機X、電機Y、電機Z和電機R上的光電編碼器和電流傳感器的反饋經內部的伺服調節(jié)程序生成控制四輪的PWM波，然后控制四輪的速度以恒定的比值轉彎；當到達既定目標后，陀螺儀控制微電腦鼠已經向左旋轉90度，控制器把直線行走很短的距離Passingl+Leading2,按照不同的沖刺條件時間要求轉化為速度參數以及加速度參數指令值，然后與FPGA處理器通訊，FPGA處理器結合電機X、電機Y、電機Z和電機R上的光電編碼器和電流傳感器的反饋經內部的伺服調節(jié)程序生成控制四輪的PWM波，然后控制四輪以相同的加速度和速度前進，當傳感器S5的值產生有高電平到低電平的躍變時，更新微電腦鼠坐標為(X+1，Y-1)，微電腦鼠繼續(xù)以當前的速度和加速前進，當到達既定目標時，傳感器參考值R90_FrOntWallRef開始工作，防止外界干擾開始做誤差補償，誤差補償結束后控制器會把曲線運動軌跡R_Arcl和R_Arc3按照不同的沖刺條件時間要求轉化為速度參數以及加速度參數指令值，然后與FPGA處理器通訊，FPGA處理器結合電機X、電機Y、電機Z和電機R上的光電編碼器和電流傳感器的反饋經內部的伺服調節(jié)程序生成控制四輪的PWM波，然后控制四輪的速度以恒定的比值轉彎；當到達既定目標后，控制器會把曲線運動軌跡R_Arc2和R_Arc4按照不同的沖刺條件時間要求轉化為速度參數以及加速度參數指令值，然后與FPGA處理器通訊，FPGA處理器結合電機X、電機Y、電機Z和電機R上的光電編碼器和電流傳感器的反饋經內部的伺服調節(jié)程序生成控制四輪的PWM波，然后控制四輪的速度以恒定的比值轉彎；當到達既定目標后，陀螺儀控制微電腦鼠已經向右旋轉90度，控制器把直線行走很短的距離PaSSing2+Leading3按照不同的沖刺條件時間要求轉化為速度參數以及加速度參數指令值，然后與FPGA處理器通訊，FPGA處理器結合電機X、電機Y、電機Z和電機R上的光電編碼器和電流傳感器的反饋經內部的伺服調節(jié)程序生成控制四輪的PWM波，然后控制四輪以相同的加速度和速度前進，當傳感器S5的值產生有高電平到低電平的躍變時，更新微電腦鼠坐標為(Χ+2，Υ_1)，微電腦鼠繼續(xù)以當前的速度和加速前進，當到達既定目標時，傳感器參考值R90_FrOntWallRef開始工作，防止外界干擾開始做誤差補償，誤差補償結束后控制器會把曲線運動軌跡R_Arcl和R_Arc3按照不同的沖刺條件時間要求轉化為速度參數以及加速度參數指令值然后與FPGA處理器通訊，FPGA處理器結合電機X、電機Y、電機Z和電機R上的光電編碼器和電流傳感器的反饋經內部的伺服調節(jié)程序生成控制四輪的PWM波，然后控制四輪的速度以恒定的比值轉彎；當到達既定目標后，控制器會把曲線運動軌跡R_Arc2和R_Arc4按照不同的沖刺條件時間要求轉化為速度參數以及加速度參數指令值，然后與FPGA處理器通訊，FPGA處理器結合電機X、電機Y、電機Z和電機R上的光電編碼器和電流傳感器的反饋經內部的伺服調節(jié)程序生成控制四輪的PWM波，然后控制四輪的速度以恒定的比值轉彎；當到達既定目標后，陀螺儀控制微電腦鼠已經向右旋轉90度,控制器把直線行走很短的距離Passing3+Leading4按照不同的沖刺條件時間要求轉化為速度參數以及加速度參數指令值，然后與FPGA處理器通訊，FPGA處理器結合電機X、電機Y、電機Z和電機R上的光電編碼器和電流傳感器的反饋經內部的伺服調節(jié)程序生成控制四輪的PWM波，然后控制四輪以相同的加速度和速度前進，當傳感器S2的值產生有高電平到低電平的躍變時，更新微電腦鼠坐標為(X+2，Y)，微電腦鼠繼續(xù)以當前的速度和加速前進，當到達既定目標時，傳感器參考值L90_FrOntWallRef開始工作，防止外界干擾開始做誤差補償，誤差補償結束后控制器會把曲線運動軌跡L_Arcl和L_Arc3按照不同的沖刺條件時間要求轉化為速度參數以及加速度參數指令值，然后與FPGA處理器通訊，FPGA處理器結合電機X、電機Y、電機Z和電機R上的光電編碼器和電流傳感器的反饋經內部的伺服調節(jié)程序生成控制四輪的PWM波，然后控制四輪的速度以恒定的比值轉彎；當到達既定目標后，控制器會把曲線運動軌跡L_Arc2和L_Arc4按照不同的沖刺條件時間要求轉化為速度參數以及加速度參數指令值，然后與FPGA處理器通訊，FPGA處理器結合電機X、電機Y、電機Z和電機R上的光電編碼器和電流傳感器的反饋經內部的伺服調節(jié)程序生成控制四輪的PWM波，然后控制四輪的速度以恒定的比值轉彎；當到達既定目標后，陀螺儀控制微電腦鼠已經向左旋轉90度,控制器把直線行走很短的距離Passing4+Leading5按照不同的沖刺條件時間要求轉化為速度參數以及加速度參數指令值，然后與FPGA處理器通訊，FPGA處理器結合電機X、電機Y、電機Z和電機R上的光電編碼器和電流傳感器的反饋經內部的伺服調節(jié)程序生成控制四輪的PWM波，然后控制四輪以相同的加速度和速度前進，當傳感器S5的值產生有高電平到低電平的躍變時，微電腦鼠完成一個M形的沖刺，更新微電腦鼠坐標為(X+3，Y)，依次類推，微電腦鼠經過Z個M形后，更新微電腦鼠坐標為(X+2*Z+1，Y)，判斷其坐標是不是(7，7)、(7，8)、(8，7)、(8，8)其中的一個，如果不是將繼續(xù)更新其坐標，如果是的話通知控制器已經沖刺到目標，然后置返航探索標志為1，沖刺標志為0，微電腦鼠準備沖刺后的二次返程探索，去搜尋更優(yōu)的迷宮路徑；
10)當微電腦鼠沖刺到達(7，7)、(7，8)、(8，7)、(8，8)后會準備沖刺后的返程探索以便搜尋更優(yōu)的路徑，ARM9處理器會調出其已經存儲的迷宮信息，然后計算出可能存在的其它最佳路徑，然后返程開始進入其中認為最優(yōu)的一條，
11)在微電腦鼠進入迷宮返程探索時，其導航的傳感器S1、S2、S3、S4、S5、S6將工作，并把反射回來的光電信號送給ARM9處理器，經ARM9處理器判斷后送給FPGA處理器，由FPGA處理器運算后與ARM9處理器進行通訊，然后由控制器送控制信號給導航的電機X和電機Y進行確定:如果進入已經搜索的區(qū)域將進行快速前進，如果是未知返回區(qū)域則采用正常速度搜索，并時刻更新其坐標(X，Y)，并判斷其坐標是不是(0，0)，如果是的話置返航探索標志為O,微電腦鼠進入沖刺階段,并置沖刺標志為I ;
12)為了能夠實現微電腦鼠準確的坐標計算功能，本發(fā)明在高速直流電機X、電機Y、電機Z和電機R軸上加入了 512線的光電編碼器，時刻對小車運行的距離進行計算并根據迷宮擋墻和柱子對傳感器反饋信息不同的特點引入了補償，使得微電腦鼠的沖刺坐標計算不會出現錯誤；
13)為了能夠減少光源對微電腦鼠沖刺的干擾，本發(fā)明加入了光電傳感器S8，此傳感器會在微電腦鼠沖刺階段對周圍的異常光源進行讀取，并自動送給控制器做實時補償，消除了外界光源對沖刺的干擾；
14)在微電腦鼠運行過程中，ARM9處理器會對電機的轉矩進行在線辨識，當電機的轉矩受到外界干擾出現較大抖動時，控制器會利用電機力矩與電流的關系進行時候補償，減少了電機轉矩抖動對微電腦鼠高速沖刺的影響；
15)當微電腦完成整個沖刺過程到達(7，7)、(7，8)、(8，7)、(8，8)，微電腦鼠會置探索標志為I，微電腦鼠返程探索回到起始點(O，O )，ARM9 (S3C2440A )將控制FPGA處理器的四個中斷響應，使得四個電機一起減速控制微電腦在起始坐標(O，O)中心點停車，然后重新調整FPGA處理器的四路PWM波輸出，使得電機X和電機Z，電機Y和電機R以相反的方向運動，并在陀螺儀的控制下，原地旋轉180度，然后停車I秒，二次調取迷宮信息，然后根據算法算出優(yōu)化迷宮信息后的最優(yōu)沖刺路徑，然后置沖刺標志為1，系統(tǒng)進入二次快速沖刺階段，然后按照沖刺——探索沖刺，完成多次的沖刺，以達到快速沖刺的目的。
[0047]本發(fā)明基于雙核四輪極速微電腦鼠連轉沖刺系統(tǒng)具有的有益效果是:
1:在運動過程中，充分考慮了電池在這個系統(tǒng)中的作用，基于ARM9處理器+FPGA處理器的處理器單元時刻都在對微電腦鼠的運行狀態(tài)進行監(jiān)測和運算，避免了大電流的產生，并且時刻顯示電池的S0C，有利于了解電池的能量狀態(tài)，當電池能量狀態(tài)較低時，可以在沖刺前提前換掉電池，從而減少了電池對高速沖刺的誤干擾；
2:為了充分提高微電腦鼠系統(tǒng)快速沖刺時的穩(wěn)定性和行駛能力，本發(fā)明采用四輪驅動結構，前置驅動和后置驅動的四個電機功率一致，四輪同步伺服運動均有FPGA處理器完成，微電腦鼠前后四個輪都有動力，可按迷宮地面和周圍環(huán)境狀態(tài)不同而將需求扭矩按不同比例分布在前后所有的輪子上，以提高微電腦鼠的沖刺能力；
3:在正常條件沖刺時，微電腦鼠一般會采用釋放前輪，采用后輪驅動沖刺的方式；而一旦遇到路面灰塵較多或驅動輪打滑的情況，ARM9處理器會自動檢測并立即將微電腦鼠需求扭矩部分分配給前方兩個驅動輪，系統(tǒng)自然切換到四輪驅動狀態(tài)，增強了微電腦鼠沖刺時的附著力和操控性；
4:由于采用四輪驅動方式，當需要加速沖刺時，ARM9處理器把動力平均分配到四個電機，一旦一個動力輪離開地面，ARM9處理器可以重新分配扭矩，把更多的扭矩分配在不打滑的驅動輪上，使系統(tǒng)迅速脫離打滑狀態(tài)，重新回到四軸動力平衡沖刺狀態(tài)，使得微電腦鼠具有更好的直線沖刺能力；
5:微電腦鼠轉向沖刺時，為了保證旋轉的穩(wěn)定性，采用四輪同控來實現轉彎:前輪轉彎半徑比同側的后輪要大，路程走得多，因此前輪的轉速要比后輪快，四輪驅動的四個車輪走的路線完全是四段不同的圓弧，但是軌跡是一定的，由ARM9處理器結合轉彎時間的要求根據軌跡的不同配合FPGA處理器生成四路PWM控制直流電機X、電機Y、電機Z和電機R，完成四軸同的伺服系統(tǒng)的同步控制；
6:四輪微電腦鼠系統(tǒng)在快速沖刺時如果設計不當造成重心前偏，將導致后側驅動輪上承受的正壓力減小，ARM9處理器會自動調整后側的動力分配，使沖刺系統(tǒng)處于一種新的平衡狀態(tài)，防止微電腦鼠沖刺時打滑；
7:四輪微電腦鼠系統(tǒng)在快速沖刺時如果設計不當造成重心側偏，將導致一側驅動輪上承受的正壓力減小，ARM9處理器會自動調整這一側的動力分配，使系統(tǒng)處于一種新的平衡狀態(tài)，防止微電腦鼠沖刺時打滑；
8:由FPGA處理器處理微電腦鼠高速沖刺時的四只直流電機的同步伺服控制，使得控制比較簡單，大大提高了運算速度，解決了單片機軟件運行較慢的瓶頸，縮短了開發(fā)周期短，并且程序可移植能力強；
9:本發(fā)明基本實現全貼片元器件材料，實現了單板控制，不僅降低了微電腦鼠的體積，而且也降低了其重心，有利于其快速沖刺；
10:本發(fā)明加入了兩片陀螺儀ADXRS300ABG，ADXRS300陀螺儀采用了 ADI公司的集成微電子機械系統(tǒng)(IMMS)專利工藝，帶有集成信號調理的表面微機械角速度傳感器比任何同功能的陀螺儀的尺寸小，功耗低，抗沖擊和震動性好。一個陀螺儀的角速度可以按時間累計以便確定角坐標，這對于微電腦鼠連續(xù)旋轉一定角度計算具有導航作用，可以實現兩輪微電腦鼠的速度大小和方向的獨立控制，有利于提高微電腦鼠沖刺時的穩(wěn)定性和動態(tài)性能；另外一個陀螺儀來測量車輪轉速，如果陀螺儀檢測到車輪速度失控，控制器會使其回到控制狀態(tài)；
11:為了提高運算速度和精度，本微電腦鼠采用國際上使用最多的紅外發(fā)射器OPE5594A和紅外接收器TSL262，并且對于前方的迷宮擋墻舍棄了國內單一傳感器探測模式而采用雙傳感器探測，使得運算精度大大提高，有利于提高前方迷宮擋墻對高速沖刺時的導航作用；
12:由于本控制器采用FPGA處理器處理大量的數據與算法，并充分考慮了周圍的干擾源，并把ARM9處理器從繁重的工作量中解脫出來，有效地防止了程序的“跑飛”，抗干擾能力大大增強；
13:在微電腦鼠快速沖刺過程中，ARM9處理器會對電機的轉矩進行在線辨識并利用電機力矩與電流的關系進行補償，減少了電機轉矩抖動對微電腦鼠快速沖刺的影響；
14:由于微電腦鼠的速度和方向獨立控制，使得微電腦鼠更容易實現曲線軌跡的轉動。
[0048]15:由于具有存儲功能，這使得微電腦鼠可以輕易調取已經探索好的迷宮信息，可以優(yōu)化二次沖刺的路徑，降低沖刺時間；
16:根據對接觸扣分不同的沖刺要求，本文設計多種沖刺方法，完全滿足現實需要；
17:由于采用自動沖刺方法，所以從根本上杜絕了接觸扣分；但是一旦遇到沖刺失敗時，由于具有存儲迷宮信息的功能，所以可以輕易調取已經優(yōu)化的沖刺迷宮信息，減少了探索的環(huán)節(jié)；
18:為了減少沖刺時間，對于樓梯型沖刺迷宮采用S轉法，由于在沖刺階段一直有傳感器進行補償，增加了沖刺的穩(wěn)定性；
19:為了減少沖刺時間，對于M型迷宮采用U轉法，由于在沖刺階段一直有傳感器進行補償，增加了沖刺的穩(wěn)定性；
20:對于多次連轉由于采用綜合考慮位置、速度和加速度參數，避免了單獨轉法的累計誤差造成沖刺失敗現象的發(fā)生； 21:采用S型加減速曲線在任何一點的加速度都是連續(xù)變化的，從而避免了微電腦鼠系統(tǒng)的柔性沖擊，速度的平滑性很好，運動精度高。
[0049]以上所述僅為本發(fā)明的實施例，并非因此限制本發(fā)明的專利范圍，凡是利用本發(fā)明說明書內容所作的等效結構或等效流程變換，或直接或間接運用在其它相關的【技術領域】，均同理包括在本發(fā)明的專利保護范圍內。
【權利要求】
1.一種基于雙核四輪極速微電腦鼠連轉沖刺系統(tǒng)，其特征在于，包括處理器單元、第一控制器、第二控制器、第三控制器、第四控制器、電機X、電機Y、電機Z、電機R以及微電腦鼠機械裝置，所述的處理器單元分別與第一控制器、第二控制器、第三控制器以及第四控制器進行電性連接，所述的第一控制器、第二控制器、第三控制器以及第四控制器分別對應與電機X、電機Y、電機Z以及電機R進行電性連接，所述的電機X、電機Y、電機Z以及電機R與微電腦鼠機械裝置進行連接。
2.根據權利要求1所述的基于雙核四輪極速微電腦鼠連轉沖刺系統(tǒng)，其特征在于，所述的處理器單元為一雙核處理器，包括ARM9處理器和FPGA處理器。
3.根據權利要求2所述的基于雙核四輪極速微電腦鼠連轉沖刺系統(tǒng)，其特征在于，所述的處理器單元還包括設于ARM9處理器和FPGA處理器的上位機系統(tǒng)和運動控制系統(tǒng)，所述的上位機系統(tǒng)包括迷宮讀取模塊、坐標定位模塊以及在線輸出模塊，所述的運動控制系統(tǒng)包括伺服控制模塊、數據存儲模塊以及I/O控制模塊，其中，所述的迷宮讀取模塊、坐標定位模塊、在線輸出模塊、數據存儲模塊以及I/O控制模塊分別與所述的ARM9處理器進行電性連接。
4.根據權利要求3所述的基于雙核四輪極速微電腦鼠連轉沖刺系統(tǒng)，其特征在于，所述的伺服控制模塊還包括轉換模塊、編碼器模塊、電流模塊、速度模塊以及坐標模塊，所述的控制伺服控制模塊與所述的FPGA處理器進行電性連接。
5.根據權利要求1所述的基于雙核四輪極速微電腦鼠連轉沖刺系統(tǒng)，其特征在于，所述的微電腦鼠連轉沖刺系統(tǒng)還包括電池，所述的電池與所述的處理器單元進行電性連接。
6.根據權利要求5所述的基于雙核四輪極速微電腦鼠連轉沖刺系統(tǒng)，其特征在于，所述的電池為鋰離子電池。
7.根據權利要求1所述的基于雙核四輪極速微電腦鼠連轉沖刺系統(tǒng)，其特征在于，所述的電機X、電機Y、電機Z和電機R均為高速永磁直流電機。
8.根據權利要求1所述的基于雙核四輪極速微電腦鼠連轉沖刺系統(tǒng)，其特征在于，所述的電機X、電機Y、電機Z和電機R的轉軸上均設有光電編碼器。
9.根據權利要求1所述的基于雙核四輪極速微電腦鼠連轉沖刺系統(tǒng)，其特征在于，所述的微電腦鼠機械裝置上設有光電傳感器、電壓傳感器以及六個屏蔽傳感器，所述光電傳感器、電壓傳感器以及屏蔽傳感器分別與所述的處理器單元進行電性連接。
10.根據權利要求1所述的基于雙核四輪極速微電腦鼠連轉沖刺系統(tǒng)，其特征在于，所述的微電腦鼠機械裝置上設有兩片陀螺儀，所述的陀螺儀與所述的處理器單元進行電性連接。
【文檔編號】G05D1/02GK103529835SQ201310439619
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2013年9月24日 優(yōu)先權日:2013年9月24日
【發(fā)明者】張好明, 王應海 申請人:蘇州工業(yè)園區(qū)職業(yè)技術學院