基于arm9四輪快速微電腦鼠對角線沖刺系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種基于ARM9四輪快速微電腦鼠對角線沖刺系統(tǒng)，包括處理器單元、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，其中，所述的處理器單元包括ARM9處理器和L298N芯片，所述的ARM9處理器和L298N芯片進行電性連接。本實用新型提供的基于ARM9四輪快速微電腦鼠對角線沖刺系統(tǒng)，抗干擾能力大大增強，同時提高了運算速度，保證基于ARM9四輪快速微電腦鼠對角線沖刺系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。
【專利說明】基于ARM9四輪快速微電腦鼠對角線沖刺系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型是有屬于微型機器人的【技術(shù)領(lǐng)域】，且特別是涉及一種基于ARM9四輪快速微電腦鼠對角線沖刺系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[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(gòu)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(yīng)的算法，快速地到達所設(shè)定的目的地。微電腦鼠比賽在國外已經(jīng)有30幾年的歷史，現(xiàn)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(shù)，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:
[0004]美國IEEE APEC國際微電腦鼠機器人競賽
[0005]探索時間、沖刺時間和固定的接觸扣分，都記入總成績
[0006]得分=探索時間/30 +沖刺時間+固定接觸扣分
[0007]全日本國際微電腦鼠機器人大會(專家級)
[0008]總成績僅計算沖刺時間
[0009]得分=最佳沖刺時間
[0010]英國微電腦鼠機器人挑戰(zhàn)賽
[0011]探索時間、沖刺時間和可變的接觸扣分都記入總成績
[0012]得分=探索時間/30 +沖刺時間+變動接觸扣分
[0013]新加坡機器人大賽
[0014]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
[0015]得分=探索時間/30 +沖刺時間
[0016]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(nèi)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(xiàn)有技術(shù)中的微電腦鼠結(jié)構(gòu)如圖1所示。長時間運行發(fā)現(xiàn)存在著很多安全問題，包括:
[0017](I)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(shè)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；
[0018](2)作為微電腦鼠的執(zhí)行機構(gòu)采用的是步進電機，經(jīng)常會遇到丟失脈沖的問題出現(xiàn)，導(dǎo)致對沖刺位置的記憶出現(xiàn)錯誤，有的時候找不到?jīng)_刺的終點；
[0019](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(fù)雜迷宮中快速沖刺；
[0020](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(fù)雜迷宮大賽中無法取勝；
[0021](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；
[0022]( 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；
[0023](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(jīng)常會出現(xiàn)異常，引起微電腦鼠失控，抗干擾能力較差；
[0024]( 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(jīng)常出現(xiàn)撞墻的現(xiàn)象發(fā)生，導(dǎo)致沖刺失??；
[0025](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；
[0026](10)由于沒有角速度傳感器的輔助進行轉(zhuǎn)彎，經(jīng)常出現(xiàn)轉(zhuǎn)彎角度過小或者過大的現(xiàn)象發(fā)生，然后依靠導(dǎo)航的傳感器進行補償，導(dǎo)致在連續(xù)多次轉(zhuǎn)彎的迷宮中出現(xiàn)撞墻的現(xiàn)象發(fā)生,致使沖刺失??；
[0027](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(dǎo)快速沖刺的微電腦鼠，導(dǎo)致微電腦鼠在迷宮中沖刺不到位或者撞墻，致使沖刺失?。?br> [0028](12)由于受單片機容量影響，現(xiàn)有的微電腦鼠基本上都只有兩個動力驅(qū)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，特別是直線加速沖刺導(dǎo)航時，要求速度和加速度要追求嚴格的一致，否則直線導(dǎo)航將會失敗，導(dǎo)致微電腦鼠出現(xiàn)撞墻的現(xiàn)象發(fā)生；
[0029](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(dǎo)致撞墻的現(xiàn)象出現(xiàn)，不利于高速微電腦鼠沖刺的發(fā)展；
[0030](14)兩輪微電腦鼠系統(tǒng)在正常行駛時如果設(shè)計不當造成重心前偏，將導(dǎo)致驅(qū)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(dǎo)致導(dǎo)航失??；
[0031](15)兩輪微電腦鼠系統(tǒng)在正常行駛時如果設(shè)計不當造成重心側(cè)偏將導(dǎo)致兩個驅(qū)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(zhuǎn)彎時，其中正壓力小的輪子可能打滑，導(dǎo)致轉(zhuǎn)彎困難；
[0032](16)由于采用兩個動力輪驅(qū)動，為了滿足復(fù)雜狀態(tài)下的加速和減速，使得單個驅(qū)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(xiàn)象出現(xiàn)，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)省;
[0033]綜上所述，因此需要對現(xiàn)有的基于單片機控制的微電腦鼠控制器進行重新設(shè)計。實用新型內(nèi)容
[0034]本實用新型主要解決的技術(shù)問題是提供一種基于ARM9四輪快速微電腦鼠對角線沖刺系統(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(chǎn)微電腦鼠所采用的單一單片機工作模式，在基于ARM9處理器的處理器單元中引入多軸驅(qū)動集成芯片L298N芯片以ARM9處理器為處理核心，實現(xiàn)四軸直流電機伺服系統(tǒng)的數(shù)字信號實時處理，并實現(xiàn)兩片L298N芯片控制四臺電機的響應(yīng)中斷，實現(xiàn)數(shù)據(jù)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ARM9四輪快速微電腦鼠對角線沖刺系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。
[0035]為解決上述技術(shù)問題，本實用新型采用的一個技術(shù)方案是:提供一種基于ARM9四輪快速微電腦鼠對角線沖刺系統(tǒng)，包括處理器單兀、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，其中，所述的處理器單元包括ARM9處理器和L298N芯片，所述的ARM9處理器和L298N芯片進行電性連接。
[0036]在本實用新型一個較佳實施例中，所述的處理器單元分別發(fā)出第一控制信號、第二控制信號、第三控制信號以及第四控制信號，由第一控制信號、第二控制信號、第三控制信號以及第四控制信號分別對應(yīng)控制電機X、電機Y、電機Z以及電機R。
[0037]在本實用新型一個較佳實施例中，所述的處理器單元還包括設(shè)于ARM9處理器和L298N芯片的上位機系統(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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)存儲模塊以及I/O控制模塊分別與所述的L298N芯片進行電性連接。
[0038]在本實用新型一個較佳實施例中，所述的伺服控制模塊還包括電流模塊、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ARM9處理器進行電性連接。
[0039]在本實用新型一個較佳實施例中，所述的微電腦鼠連轉(zhuǎn)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。
[0040]在本實用新型一個較佳實施例中，所述的電池為鋰離子電池。
[0041 ] 在本實用新型一個較佳實施例中，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。
[0042]在本實用新型一個較佳實施例中，所述的電機X、電機Y、電機Z和電機R的轉(zhuǎn)軸上均設(shè)有光電編碼器。
[0043]在本實用新型一個較佳實施例中，所述的微電腦鼠機械裝置上設(shè)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。
[0044]在本實用新型一個較佳實施例中，所述的微電腦鼠機械裝置上設(shè)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。
[0045]本實用新型的基于ARM9四輪快速微電腦鼠對角線沖刺系統(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(chǎn)微電腦鼠所采用的單一單片機工作模式，在基于ARM9處理器的處理器單元中引入多軸驅(qū)動集成芯片L298N芯片以ARM9處理器為處理核心，實現(xiàn)四軸直流電機伺服系統(tǒng)的數(shù)字信號實時處理，并實現(xiàn)兩片L298N芯片控制四臺電機的響應(yīng)中斷，實現(xiàn)數(shù)據(jù)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ARM9四輪快速微電腦鼠對角線沖刺系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性?！緦＠綀D】

【附圖說明】
[0046]為了更清楚地說明本實用新型實施例中的技術(shù)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實用新型的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其它的附圖，其中:
[0047]圖1為現(xiàn)有技術(shù)的微電腦鼠系統(tǒng)的電路圖；
[0048]圖2為本實用新型較佳實施例的基于ARM9四輪快速微電腦鼠對角線沖刺系統(tǒng)的電路圖；
[0049]圖3為圖2中處理器單元的內(nèi)部系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖；
[0050]圖4為本實用新型較佳實施例的微電腦鼠迷宮示意圖；
[0051]圖5為本實用新型較佳實施例的微電腦鼠的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0052]圖6為微電腦鼠速度曲線圖；
[0053]圖7微電腦鼠自動沖刺程序示意圖；
[0054]圖8為微電腦鼠右轉(zhuǎn)沖刺示意圖；
[0055]圖9為微電腦鼠左轉(zhuǎn)沖刺意義圖；
[0056]圖10為樓梯迷宮；
[0057]圖11為45度沖刺樓梯示意圖；
[0058]圖12為連轉(zhuǎn)M型迷宮；
[0059]圖13為連轉(zhuǎn)M型示意圖；
[0060]圖14為連轉(zhuǎn)M型參數(shù)示意圖；
[0061]圖15為本實用新型較佳實施例的基于ARM9四輪快速微電腦鼠對角線沖刺系統(tǒng)控制示意圖；
[0062]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】
[0063]下面將對本實用新型實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅是本實用新型的一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本實用新型中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)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，都屬于本實用新型保護的范圍。
[0064]請參閱圖2至圖15，本實用新型實施例包括:
[0065]一種基于ARM9四輪快速微電腦鼠對角線沖刺系統(tǒng)，包括處理器單元、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，其中，所述的處理器單元包括ARM9處理器和L298N芯片，所述的ARM9處理器和L298N芯片進行電性連接。
[0066]上述中，所述的處理器單元分別發(fā)出第一控制信號、第二控制信號、第三控制信號以及第四控制信號，由第一控制信號、第二控制信號、第三控制信號以及第四控制信號分別對應(yīng)控制電機X、電機Y、電機Z以及電機R。[0067]所述的微電腦鼠連轉(zhuǎn)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。
[0068]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(zhuǎn)軸上均設(shè)有光電編碼器。
[0069]其工作原理為:由電池為整個系統(tǒng)的工作提供工作電壓，處理器單元分別發(fā)出第一控制信號、第二控制信號、第三控制信號以及第四控制信號，由第一控制信號、第二控制信號、第三控制信號以及第四控制信號分別對應(yīng)控制電機X、電機Y、電機Z以及電機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(jīng)過合成之后，控制微電腦鼠機械裝置的運動。
[0070]本實用新型中，所述的處理器單元包括ARM9處理器和L298N芯片，所述的ARM9處理器和L298N芯片進行電性連接。
[0071]ARM9 處理器米用 R I SC ( Reduce Instruction Computer，精簡指令集計算機)結(jié)構(gòu)，具有寄存器多、尋址方式簡單、批量傳輸數(shù)據(jù)、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(shè)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(xiàn)的。
[0072]S3C2440A采用ARM920T內(nèi)核，其主要特點有:
[0073](1)1.2V 內(nèi)核，1.8V/2.5V/3.3V 儲存器，3.3V擴展 I/O, 16KB 指令 Cache(1-Cache)/16KB 數(shù)據(jù) Cache (D-Cache)；
[0074](2) 3 路 URAT ;
[0075](3) 4路PWM定時器/I路內(nèi)部定時器/看門狗定時器；
[0076](4) 8路10位ADC和觸摸屏接口 ；
[0077](5) 130個通用1/0，24個外部中斷源；
[0078](6) 32bit定點RISC處理器，改進型ARM / Thumb代碼交織，增強性乘法器設(shè)計。支持實時(real-time)調(diào)試；
[0079](7)片內(nèi)指令和數(shù)據(jù)SRAM，而且指令和數(shù)據(jù)的存儲器容量可調(diào)；
[0080](8)片內(nèi)指令和數(shù)據(jù)高速緩沖器(cache)容量從4K字節(jié)到IM字節(jié)；
[0081](9)設(shè)置保護單元(protection unit)，非常適合嵌入式應(yīng)用中對存儲器進行分段和保護；
[0082](10)采用AMBA AHB總線接口，為外設(shè)提供統(tǒng)一的地址和數(shù)據(jù)總線；
[0083](11)支持外部協(xié)處理器，指令和數(shù)據(jù)總線有簡單的握手信令支持；
[0084](12)支持標準基本邏輯單元掃描測試方法學(xué)，而且支持BIST(built-1n-self-test)；
[0085](13)支持嵌入式跟蹤宏單元，支持實時跟蹤指令和數(shù)據(jù)。
[0086]L298N芯片是SGS公司的產(chǎn)品，比較常見的是20管腳PowerS020封裝。內(nèi)部包含4通道邏輯驅(qū)動電路，可以方便的驅(qū)動兩個直流電機，輸出電壓最高可達50V，可以直接通過電源來調(diào)節(jié)輸出電壓。L298N芯片的6腳VS接電源電壓，VS電壓范圍為+ 2.5?46 V，輸出電流可達2.5 A，可驅(qū)動電感性負載。2腳和19腳下管的發(fā)射極分別單獨引出以便接入電流采樣電阻，形成電流傳感信號。其中一片L298N芯片的的8腳和14腳ΕηΑ,ΕηΒ是使能控制端，分別控制電機X和電機Y的停轉(zhuǎn)。L298N芯片的7，9，13，15腳接六觀9 (S3C2440A)的輸入腳，由ARM9 (S3C2440A)控制0UT1，0UT2和0UT3，0UT4的電平，來控制電機X和電機Y的正反轉(zhuǎn)；另外一片L298N芯片的的8腳和14腳ΕηΑ,ΕηΒ分別控制電機Z和電機R的停轉(zhuǎn)。L298N 芯片的 7，9，13，15 腳接 ARM9 (S3C2440A)的輸入腳，由 ARM9 (S3C2440A)控制OUT I, 0UT2和0UT3，0UT4的電平，來控制電機Z和電機R的正反轉(zhuǎn)。
[0087]進一步的，所述的處理器單元還包括設(shè)于ARM9處理器和L298N芯片的上位機系統(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(shù)據(jù)存儲模塊以及I/O控制模塊。
[0088]其中，所述的迷宮讀取模塊、坐標定位模塊、在線輸出模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊以及I/O控制模塊分別與所述的L298N芯片進行電性連接；所述的控制伺服控制模塊與所述ARM9處理器進行電性連接。
[0089]迷宮讀取模塊將已經(jīng)預(yù)設(shè)好的迷宮進行調(diào)出；坐標定位模用于提示微電腦鼠的位置以及位置參數(shù)設(shè)置等；在線輸出模塊用于提示微電腦鼠的工作狀態(tài)；數(shù)據(jù)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電流模塊、速度模塊以及坐標模塊。其中，電流模塊與電池和處理器單元連接，電流模塊用于調(diào)整電池的供電功率達到微電腦鼠需要的范圍；速度模塊用來調(diào)節(jié)微電腦鼠實際轉(zhuǎn)速；坐標模塊用于檢測微電腦鼠的坐標位置，接到處理器單元發(fā)出的沖刺命令后，會沿著起點開始快速向終點沖刺。
[0090]基于ARM9處理器的處理器單元，把微電腦鼠放在迷宮起始點，在電源打開狀態(tài)下，微電腦鼠先進入自鎖狀態(tài)，然后ARM9處理器會根據(jù)按鍵信息重新搜索并優(yōu)化迷宮或者是自動調(diào)取存儲的迷宮信息并計算出沖刺路徑，微電腦鼠依靠前方、左右側(cè)面蔽障傳感器根據(jù)實際導(dǎo)航環(huán)境傳輸參數(shù)給控制器中的ARM9處理器，ARM9處理器處理后使能L298N芯片，然后由L298N芯片生成四路PWM波驅(qū)動四個獨立電機并實現(xiàn)其快速沖刺時的伺服控制，最后把處理數(shù)據(jù)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)。
[0091]結(jié)合以上描述，所述的L298N芯片用于控制迷宮讀取模塊、坐標定位模塊、在線輸出模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊以及I/o控制模塊，ARM9處理器用于控制伺服控制模塊，這樣就實現(xiàn)了 ARM9處理器與L298N芯片的分工，把L298N芯片從復(fù)雜的工作當中解脫出來，且ARM9處理器和L298N芯片之間也可以進行通訊，實時進行數(shù)據(jù)交換和調(diào)用。
[0092]本實用新型為了克服單一單片機不能滿足基于ARM9四輪快速微電腦鼠對角線沖刺系統(tǒng)的穩(wěn)定性和快速性的要求，舍棄了國產(chǎn)微電腦鼠所采用的單一單片機工作模式，在基于ARM9處理器的處理器單元中引入多軸驅(qū)動集成芯片L298N芯片以ARM9處理器為處理核心，實現(xiàn)四軸直流電機伺服系統(tǒng)的數(shù)字信號實時處理，并實現(xiàn)兩片L298N芯片控制四臺電機的響應(yīng)中斷，實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信和存儲實時信號。
[0093]在本實施例中，所述微電腦鼠I上設(shè)有六個紅外傳感器0ΡΕ5594Α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。
[0094]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。
[0095]再進一步的，所述的微電腦鼠I上還設(shè)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。
[0096]其具體功能實現(xiàn)如下:
[0097]I)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(jù)按鍵信息，本實用新型有多種沖刺方法: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(fù)位)+STRAT (啟動)鍵，說明系統(tǒng)要調(diào)出已經(jīng)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(fù)位)+STRAT (啟動)+SPEED (速度)鍵，說明系統(tǒng)要調(diào)出已經(jīng)探索后的最優(yōu)迷宮，然后沿著起點以設(shè)定的沖刺速度開始快速向終點(7，7)、(7，
8)、(8，7)、(8，8)沖刺；
[0098]2)微電腦鼠放在起點坐標(0，0)，接到任務(wù)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(yīng)，然后禁止L298N芯片的使能端ENA和ENB工作，封鎖微電腦鼠的電機X、電機Y、電機Z和電機R的PWM驅(qū)動信號，使其靜止在原地，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；
[0099]3)本實用新型舍棄了傳統(tǒng)單一速度沖刺模式，按照圖6的速度和時間曲線控制微電腦鼠的加速和減速，梯形圖包含的面積為微電腦鼠運動的距離，在微電腦鼠沿著Y軸向前快速沖刺過程中如果迷宮信息中顯示前方有Z格直線坐標下沒有擋墻進入前方的運動范圍，系統(tǒng)進入沖刺子程序I，微電腦鼠將存儲其現(xiàn)在的坐標(X，Y )，處理器把向前運動Z格的位置參數(shù)傳遞給ARM9處理器，ARM9處理器根據(jù)此位置參數(shù)，計算出速度參數(shù)以及加速度參數(shù)，形成此時條件下的速度-時間梯形圖，由于直流電機的速度和電壓成正比例，根據(jù)這個梯形圖圖結(jié)合光電編碼器和電流傳感器的反饋就可以生成控制左右輪直流電機的PWM波，然后ARM9處理器使能前驅(qū)和后驅(qū)的兩片驅(qū)動芯片L298N芯片，通過調(diào)整兩片L298N芯片管腳0UT1、0UT2和0UT3、0UT4的電平，啟動電機X、電機Y、電機Z和電機R，使系統(tǒng)按照圖6的速度-時間運動圖進入加速階段，直到系統(tǒng)到達設(shè)定直線沖刺速度，并通過光電編碼器記錄下微電腦鼠已經(jīng)運行的距離SI ;如果地面不易打滑，ARM9處理器會禁止前驅(qū)的驅(qū)動芯片L298N芯片使能，系統(tǒng)釋放電機Z和電機R，微電腦鼠進入后驅(qū)方式，電機X和電機Y以設(shè)定的直線沖刺速度到達指定位置S1+S2，然后系統(tǒng)使能前驅(qū)的驅(qū)動芯片L298N芯片，使電機X、電機Y、電機Z和電機R以相同的加速度驅(qū)動微電腦鼠開始減速，直至到達設(shè)定目標S1+S2+S1，將更新其坐標為(X，Y+Z)，為了快速沖刺需要，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(jīng)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；
[0100]4)在微電腦鼠沿著Y軸反向向前快速沖刺過程中如果迷宮信息中顯示前方有Z格直線坐標下沒有擋墻進入前方的運動范圍，系統(tǒng)進入沖刺子程序1，微電腦鼠將存儲其現(xiàn)在的坐標(X，Y)，處理器把向前運動Z格的位置參數(shù)傳遞給ARM9處理器，ARM9處理器根據(jù)此位置參數(shù)，計算出速度參數(shù)以及加速度參數(shù)，形成此時條件下的速度時間梯形圖，由于直流電機的速度和電壓成正比例，根據(jù)這個梯形圖圖結(jié)合光電編碼器和電流傳感器的反饋就可以生成控制左右輪直流電機的PWM波，然后ARM9處理器使能前驅(qū)和后驅(qū)的兩片驅(qū)動芯片L298N芯片，通過調(diào)整兩片L298N芯片管腳0UT1、0UT2和0UT3、0UT4的電平，啟動電機X、電機Y、電機Z和電機R，使系統(tǒng)進入加速階段，直到系統(tǒng)到達設(shè)定直線沖刺速度，并通過光電編碼器記錄下微電腦鼠已經(jīng)運行的距離SI ;然后ARM9處理器禁止前驅(qū)的驅(qū)動芯片L298N芯片使能，系統(tǒng)釋放電機Z和電機R,微電腦鼠進入后驅(qū)方式，電機X和電機Y以設(shè)定的直線沖刺速度到達指定位置S1+S2，然后系統(tǒng)使能前驅(qū)的驅(qū)動芯片L298N芯片，使電機X、電機Y、電機Z和電機R以相同的加速度驅(qū)動微電腦鼠開始減速，直至?xí)r到達設(shè)定目標S1+S2+S1，將更新其坐標為(X，Y-Z)，為了快速沖刺需要，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(jīng)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；
[0101]5)在微電腦鼠沿著Y軸向前運動過程中如果有迷宮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右方無擋墻時，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，系統(tǒng)進入沖刺子程序2，在右沖刺轉(zhuǎn)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(zhuǎn)化為速度參數(shù)以及加速度參數(shù)指令值，然后結(jié)合光電編碼器和電流傳感器的反饋經(jīng)內(nèi)部位置、速度和加速度控制程序，生成控制前后左右四輪的PWM波給L298N芯片，然后控制左右輪以相同的加速度和速度控制電機X、電機Y、電機Z和電機R向前快速運動；當?shù)竭_既定目標時，傳感器參考值R90_FrontffallRef開始工作，防止外界干擾開始做誤差補償，誤差補償結(jié)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(zhuǎn)化為速度參數(shù)以及加速度參數(shù)指令值，然后結(jié)合光電編碼器和電流傳感器的反饋經(jīng)內(nèi)部位置、速度和加速度控制程序，生成控制前后左右四輪的PWM波給L298N芯片，控制前后左右四輪工作；當?shù)竭_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(zhuǎn)化為后驅(qū)和前驅(qū)的四輪速度參數(shù)以及加速度參數(shù)指令值，然后結(jié)合光電編碼器和電流傳感器的反饋經(jīng)內(nèi)部位置、速度和加速度控制程序，生成控制前后左右四輪的PWM波給L298N芯片，控制前后左右四輪工作；當?shù)竭_既定目標后，微電腦鼠在陀螺儀的控制下已經(jīng)右轉(zhuǎn)90度，控制器把直線行走很短的距離Passing按照各種沖刺條件不同的要求轉(zhuǎn)化為速度參數(shù)以及加速度參數(shù)指令值，然后結(jié)合光電編碼器和電流傳感器的反饋經(jīng)內(nèi)部位置、速度和加速度控制程序，生成控制前后左右四輪的PWM波給L298N芯片，控制電機X、電機Y、電機Z和電機R向前快速運動，當?shù)竭_既定目標后完成整個右轉(zhuǎn)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(jīng)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；
[0102]6)在微電腦鼠沿著Y軸向前運動過程中如果有迷宮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左方無擋墻時，微電腦鼠將存儲此時坐標(X，Y)，然后進入圖9所示的曲線運動軌跡，系統(tǒng)進入沖刺子程序3，在左沖刺轉(zhuǎn)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(zhuǎn)化為速度參數(shù)以及加速度參數(shù)指令值，然后結(jié)合光電編碼器和電流傳感器的反饋經(jīng)內(nèi)部位置、速度和加速度控制程序，生成控制前后左右四輪的PWM波給L298N芯片，然后控制左右輪以相同的加速度和速度控制電機X、電機Y、電機Z和電機R向前快速運動；當?shù)竭_既定目標時，傳感器參考值L90_FrontffallRef開始工作，防止外界干擾開始做誤差補償，誤差補償結(jié)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(zhuǎn)化為速度參數(shù)以及加速度參數(shù)指令值，然后結(jié)合光電編碼器和電流傳感器的反饋經(jīng)內(nèi)部位置、速度和加速度控制程序，生成控制前后左右四輪的PWM波給L298N芯片，控制前后左右四輪工作；當?shù)竭_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(zhuǎn)化為后驅(qū)和前驅(qū)的四輪速度參數(shù)以及加速度參數(shù)指令值，然后結(jié)合光電編碼器和電流傳感器的反饋經(jīng)內(nèi)部位置、速度和加速度控制程序，生成控制前后左右四輪的PWM波給L298N芯片，控制前后左右四輪工作；當?shù)竭_既定目標后，微電腦鼠在陀螺儀的控制下已經(jīng)左轉(zhuǎn)90度，控制器把直線行走很短的距離Passing按照各種沖刺條件不同的要求轉(zhuǎn)化為速度參數(shù)以及加速度參數(shù)指令值，然后結(jié)合光電編碼器和電流傳感器的反饋經(jīng)內(nèi)部位置、速度和加速度控制程序，生成控制前后左右四輪的PWM波給L298N芯片，控制電機X、電機Y、電機Z和電機R向前快速運動，當?shù)竭_既定目標后完成整個右轉(zhuǎn)彎的軌跡曲線運動，此時將更新其坐標為(X-1，Y)，在X-1X)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(jīng)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；
[0103]7)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)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所示的對角線運動軌跡，在直道坐標為(X，Y)時，ARM9處理器控制電機X、電機Y、電機Z和電機R以相同的速度勻速前進，在前進過程中傳感器S2、S3和S4、S5共同作用，保證微電腦鼠沖刺的時候一定沿著迷宮中線行駛，即將沖出坐標為(X，Y)迷宮方格時，微電腦鼠前方傳感器SI和S6將工作，當讀到預(yù)設(shè)值時，說明微電腦鼠的前部已經(jīng)進入坐標(X+1，Y)，然后把微電腦鼠傳感器SI到電機中心的距離SX傳輸給ARM9處理器，ARM9處理器首先把行走直線很短的距離SX按照不同的沖刺條件時間要求轉(zhuǎn)化為速度參數(shù)以及加速度參數(shù)指令值，然后結(jié)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(jīng)內(nèi)部位置、速度和加速度控制程序，生成控制前后左右四輪的PWM波給L298N芯片，然后控制四輪以相同的加速度和速度直線前進；當?shù)竭_既定目標時，把此時的迷宮坐標更新為(X+1，Y)；此刻微電腦鼠開始為45度對角線沖刺做姿態(tài)調(diào)整，控制器會把曲線運動軌跡L_Arcl_45和L_Arc3_45按照不同的沖刺條件時間要求轉(zhuǎn)化為速度參數(shù)以及加速度參數(shù)指令值，然后結(jié)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(jīng)內(nèi)部位置、速度和加速度控制程序，生成控制前后左右四輪的PWM波給L298N芯片，然后控制左右輪以恒定的比值前進；當?shù)竭_既定目標后，立即調(diào)整微電腦鼠前后左右四輪的速度，控制器把曲線運動軌跡L-Arc2_45和L_Arc4_45按照不同的沖刺條件時間要求轉(zhuǎn)化為速度參數(shù)以及加速度參數(shù)指令值，然后結(jié)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(jīng)內(nèi)部位置、速度和加速度控制程序，生成控制前后左右四輪的PWM波給L298N芯片，然后控制左右輪以恒定的比值前進；在陀螺儀的控制下，保證到達當?shù)竭_既定目標A點時曲線L_ARC2_45和L_ARC4_45的斜率為45度，然后控制器把直線行走很短的距離Passingl按照不同的沖刺條件時間要求轉(zhuǎn)化為速度參數(shù)以及加速度參數(shù)指令值，然后結(jié)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(jīng)內(nèi)部位置、速度和加速度控制程序，生成控制左右輪的PWM波給L298N芯片，然后控制前后左右四輪以相同的加速度和速度前進，當?shù)竭_既定目標后通過三段不同的軌跡完成整個左轉(zhuǎn)彎45度方向的改變，微電腦鼠進入對角線沖刺階段，此時前方傳感器SI和S6開始工作；ARM9處理器首先把行走
直線距離Tit按照不同的沖刺條件時間要求轉(zhuǎn)化為速度參數(shù)以及加速度參數(shù)指令值，然后結(jié)合電機X、電機Y、電機Z和電機R上的光電編碼器反饋、電流傳感器的反饋和傳感器SI和S6對前方柱子的探測，經(jīng)內(nèi)部位置、速度和加速度控制程序，生成控制前后左右四輪的PWM波給L298N芯片，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?shù)竭_既定目標時，微電腦鼠完成在坐標(X+1，Y+1)到坐標(Χ+2，Υ+1)下的對角線沖刺，微電腦鼠完成一格樓梯迷宮的沖刺，把此時的迷宮坐標更新為(Χ+2，Υ+2);依次類推，微電腦鼠完成Z格樓梯迷宮的沖刺，更新迷宮為(Χ+Ζ+1，Υ+Ζ+1 )，微電腦鼠開始做轉(zhuǎn)出動作，此時控制器會把曲線運動軌跡R_arcl_45和R_arc3_45按照不同的沖刺條件時間要求轉(zhuǎn)化為速度參數(shù)以及加速度參數(shù)指令值，然后結(jié)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(jīng)內(nèi)部位置、速度和加速度控制程序，生成控制前后左右四輪的PWM波給L298N芯片，然后控制前后左右四輪以恒定的比值前進；當?shù)竭_既定目標后，立即調(diào)整微電腦鼠左右輪的速度，控制器把曲線運動軌跡R_arc2_45和R_arc4_45按照不同的沖刺條件時間要求轉(zhuǎn)化為速度參數(shù)以及加速度參數(shù)指令值，然后結(jié)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(jīng)內(nèi)部位置、速度和加速度控制程序，生成控制前后左右四輪的PWM波給L298N芯片，然后控制左右輪以恒定的比值前進；在陀螺儀的控制下，保證到達當?shù)竭_既定目標B點時曲線R_arc2_45和R_arc4_45的斜率為O度，然后控制器把直線行走很短的距離Passing2按照不同的沖刺條件時間要求轉(zhuǎn)化為速度參數(shù)以及加速度參數(shù)指令值，然后結(jié)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(jīng)內(nèi)部位置、速度和加速度控制程序，生成控制前后左右四輪的PWM波給L298N芯片，然后控制前后左右四輪以相同的加速度和速度前進，當?shù)竭_既定目標后通過三段不同的軌跡完成在坐標(X+Z+1，Y+Z+1)下整個右轉(zhuǎn)彎45度曲線軌跡的運動，微電腦鼠完成對角線沖刺后變?yōu)橹甭返能壽E改變，微電腦鼠進入直線沖刺階段，此時前方傳感器S2、S3、S4和S5開始工作，進入直線導(dǎo)航；并更新當前坐標為(Χ+Ζ+2，Υ+Ζ+1)在Χ+Ζ+2〈15和Y+Z+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(jīng)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；
[0104]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12的M型迷宮擋墻進入前方的運動范圍，系統(tǒng)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13、圖14所示的曲線運動軌跡，在一次左沖刺轉(zhuǎn)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(zhuǎn)化為速度參數(shù)以及加速度參數(shù)指令值，然后結(jié)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(jīng)內(nèi)部位置、速度和加速度控制程序，生成控制前后左右四輪的PWM波給L298N芯片，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?shù)竭_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(jié)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(zhuǎn)化為速度參數(shù)以及加速度參數(shù)指令值，然后結(jié)合電機X、電機Y、電機Z和電機R的光電編碼器和電流傳感器的反饋經(jīng)內(nèi)部位置、速度和加速度控制程序，生成控制前后左右四輪的PWM波給L298N芯片，然后控制四輪的速度以恒定的比值轉(zhuǎn)彎；當?shù)竭_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(zhuǎn)化為速度參數(shù)以及加速度參數(shù)指令值，然后結(jié)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(jīng)內(nèi)部位置、速度和加速度控制程序，生成控制四輪的PWM波給L298N芯片，然后控制四輪的速度以恒定的比值轉(zhuǎn)彎；當?shù)竭_既定目標后，微電腦鼠在陀螺儀的控制下已經(jīng)左轉(zhuǎn)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(zhuǎn)化為速度參數(shù)以及加速度參數(shù)指令值，然后結(jié)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(jīng)內(nèi)部位置、速度和加速度控制程序，生成控制四輪的PWM波給L298N芯片，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(chǎn)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?shù)竭_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(jié)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(zhuǎn)化為速度參數(shù)以及加速度參數(shù)指令值，然后結(jié)合電機X、電機Y、電機Z和電機R的光電編碼器和電流傳感器的反饋經(jīng)內(nèi)部位置、速度和加速度控制程序，生成控制前后左右四輪的PWM波給L298N芯片，然后控制四輪的速度以恒定的比值轉(zhuǎn)彎；當?shù)竭_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(zhuǎn)化為速度參數(shù)以及加速度參數(shù)指令值，然后結(jié)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(jīng)內(nèi)部位置、速度和加速度控制程序，生成控制四輪的PWM波給L298N芯片，然后控制四輪的速度以恒定的比值轉(zhuǎn)彎；當?shù)竭_既定目標后，微電腦鼠在陀螺儀的控制下已經(jīng)右轉(zhuǎn)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(zhuǎn)化為速度參數(shù)以及加速度參數(shù)指令值，然后結(jié)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(jīng)內(nèi)部位置、速度和加速度控制程序，生成控制四輪的PWM波給L298N芯片，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(chǎn)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+1)，微電腦鼠繼續(xù)以當前的速度和加速前進，當?shù)竭_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(jié)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(zhuǎn)化為速度參數(shù)以及加速度參數(shù)指令值，然后結(jié)合電機X、電機Y、電機Z和電機R的光電編碼器和電流傳感器的反饋經(jīng)內(nèi)部位置、速度和加速度控制程序，生成控制前后左右四輪的P麗波給L298N芯片，然后控制四輪的速度以恒定的比值轉(zhuǎn)彎；當?shù)竭_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(zhuǎn)化為速度參數(shù)以及加速度參數(shù)指令值，然后結(jié)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(jīng)內(nèi)部位置、速度和加速度控制程序，生成控制四輪的PWM波給L298N芯片，然后控制四輪的速度以恒定的比值轉(zhuǎn)彎；當?shù)竭_既定目標后，微電腦鼠在陀螺儀的控制下已經(jīng)右轉(zhuǎn)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(zhuǎn)化為速度參數(shù)以及加速度參數(shù)指令值，然后結(jié)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(jīng)內(nèi)部位置、速度和加速度控制程序，生成控制四輪的PWM波給L298N芯片，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(chǎn)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?shù)竭_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(jié)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(zhuǎn)化為速度參數(shù)以及加速度參數(shù)指令值，然后結(jié)合電機X、電機Y、電機Z和電機R的光電編碼器和電流傳感器的反饋經(jīng)內(nèi)部位置、速度和加速度控制程序，生成控制前后左右四輪的PWM波給L298N芯片，然后控制四輪的速度以恒定的比值轉(zhuǎn)彎；當?shù)竭_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(zhuǎn)化為速度參數(shù)以及加速度參數(shù)指令值，然后結(jié)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(jīng)內(nèi)部位置、速度和加速度控制程序，生成控制四輪的PWM波給L298N芯片，然后控制四輪的速度以恒定的比值轉(zhuǎn)彎；當?shù)竭_既定目標后，陀螺儀控制微電腦鼠已經(jīng)左轉(zhuǎn)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(zhuǎn)化為速度參數(shù)以及加速度參數(shù)指令值，然后結(jié)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(jīng)內(nèi)部位置、速度和加速度控制程序，生成控制四輪的PWM波給L298N芯片，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(chǎn)生有高電平到低電平的躍變時，微電腦鼠完成一個M型的沖刺，更新微電腦鼠坐標為(X+3，Y)，依次類推，微電腦鼠經(jīng)過Z個M型后，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(jīng)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；
[0105]9)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，控制器會調(diào)出其已經(jīng)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，
[0106]10)為了能夠?qū)崿F(xiàn)微電腦鼠快速沖刺準確的坐標計算功能，微電腦鼠左右的傳感器S2、S3和S4、S5會時刻對周圍的迷宮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，則說明微電腦鼠進入了迷宮擋墻和柱子的交接點，此時側(cè)面?zhèn)鞲衅鱏2或者是S5會精確探測這一時刻，當再次出現(xiàn)躍變時，說明老鼠已經(jīng)開始離開當前的迷宮格子，ARM9處理器會根據(jù)微電腦鼠當前運行的距離進行計算并根據(jù)對傳感器反饋信息進行補償，本實用新型在高速直流電機X軸、Y軸、電機Z和電機R上加入了 512線的光電編碼器，由于精度較高，使得微電腦鼠的坐標計算不會出現(xiàn)錯誤，保證了微電腦鼠快速沖刺迷宮信息的準請性；
[0107]11)在微電腦鼠進入迷宮返程探索時，其導(dǎo)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(jīng)ARM9處理器運算后確定現(xiàn)在迷宮所處位置，然后由ARM9處理器根據(jù)當前迷宮生成PWM波和送控制信號給L298N芯片:如果進入已經(jīng)搜索的區(qū)域?qū)⒓哟驪WM波的占空比，使微電腦鼠進行快速前進，減少迷宮搜索的時間；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(O, O),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 ;
[0108]12)在微電腦鼠運動過程中，如果系統(tǒng)出現(xiàn)了干擾，ARM9處理器會根據(jù)當前狀態(tài)對電流加以補償，快速調(diào)整電流環(huán)的PID參數(shù)，使得系統(tǒng)快速穩(wěn)定下來，防止高速沖刺時干擾對系統(tǒng)的影響；
[0109]13)在微電腦鼠快速沖刺過程中，電池提供的瞬時功率是一定的，在沖刺速度一定的條件下，加速度越大時，需要的力矩就越大，此時需要電池提供的電流就越大，為了保護電池，本實用新型加入了硬件保護，否則將嚴重傷害電池；
[0110]14)為了能夠減少光源對微電腦鼠沖刺的干擾，本實用新型加入了光電傳感器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；
[0111]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1，微電腦鼠返程探索回到起始點(0，0)，ARM9處理器將控制兩片L298N芯片的電平輸出使得微電腦起始點中心點停車，然后重新調(diào)整L298N芯片的0UT1、0UT2、0UT3和0UT4的電平，使得兩側(cè)的電機:電機X、電機Z和電機Y、電機R以相反的方向運動，并在陀螺儀的控制下，原地旋轉(zhuǎn)180度，然后停車I秒，二次調(diào)取迷宮信息，然后根據(jù)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。
[0112]本實用新型基于ARM9四輪快速微電腦鼠對角線沖刺系統(tǒng)具有的有益效果是:
[0113]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處理器控制器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(chǎn)生，并且時刻顯示鋰離子電池的S0C，有利于了解電池的能量狀態(tài)，由于本實用新型采用永磁直流電機，電機的加速度和電機的電流呈一定比例關(guān)系，所以當電池SOC較低時，為了保證沖刺時能量的要求，可以在沖刺前提前換掉電池，從而減少了電池因為放電電流過高對高速沖刺的誤干擾；
[0114]2:為了充分保證微電腦鼠系統(tǒng)快速沖刺時的穩(wěn)定性和行駛能力，本實用新型采用四輪驅(qū)動結(jié)構(gòu)，前置驅(qū)動和后置驅(qū)動的四個電機功率一致，由于采用四輪驅(qū)動技術(shù)，微電腦鼠前后輪都有動力，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，以提高微電腦鼠的快速行駛能力；
[0115]3:根據(jù)需要實現(xiàn)分時四驅(qū)，在正常快速沖刺時，微電腦鼠一般會采用釋放前輪，采用后輪驅(qū)動的方式；而一旦遇到路面灰塵較多或驅(qū)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分配一部分給前方兩個前輪，自然切換到四輪驅(qū)動狀態(tài)，增強了微電腦鼠快速沖刺時的附著力和操控性；
[0116]4:由于采用四輪驅(qū)動方式，當微電腦鼠需要加速沖刺時，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(qū)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狀態(tài)，使得微電腦鼠保持較高的沖刺能力；[0117]5:微電腦鼠沖刺轉(zhuǎn)向時，為了保證旋轉(zhuǎn)的穩(wěn)定性，采用四輪同控來實現(xiàn)轉(zhuǎn)彎:需要停車時，ARM9處理器把動力平均分配到四個電機，四個電機采用相同的加速度進行同步減速，使微電腦鼠準確停車；然后在陀螺儀的控制下精確旋轉(zhuǎn)需要的角度，然后進行加速，在加速行駛時，ARM9處理器把動力平均分配到四個電機，四個電機采用相同的加速度進行同步加速，到達設(shè)定速度時，釋放前輪采用后輪驅(qū)動；由ARM9處理器結(jié)合轉(zhuǎn)彎時間的要求根據(jù)軌跡的不同生成四路PWM控制直流電機X、電機Y、電機Z和電機R，完成四軸直流伺服系統(tǒng)的同步轉(zhuǎn)彎控制；
[0118]6:四輪微電腦鼠系統(tǒng)在正常行駛時如果設(shè)計不當造成重心前偏，將導(dǎo)致后側(cè)驅(qū)動輪上承受的正壓力減小，ARM9處理器會在其沖刺時自動調(diào)整后側(cè)的動力分配，使系統(tǒng)處于一種新的平衡狀態(tài)，防止微電腦鼠快速次沖刺時打滑；
[0119]7:四輪微電腦鼠系統(tǒng)在正常行駛時如果設(shè)計不當造成重心側(cè)偏，將導(dǎo)致一側(cè)驅(qū)動輪上承受的正壓力減小，ARM9處理器會在其沖刺時自動調(diào)整這一側(cè)的動力分配，使系統(tǒng)處于一種新的平衡狀態(tài)，防止微電腦鼠快速次沖刺時打滑；
[0120]8:由ARM9處理器處理微電腦鼠高速沖刺時的四只直流電機的伺服控制，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；
[0121]9:本實用新型基本實現(xiàn)全貼片元器件材料，實現(xiàn)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；
[0122]10:本實用新型加入了兩片陀螺儀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(diào)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(zhuǎn)一定角度計算具有導(dǎo)航作用，可以實現(xiàn)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(zhuǎn)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)；
[0123]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0PE5594A和紅外接收器TSL262，并且對于前方的迷宮擋墻舍棄了國內(nèi)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(dǎo)航作用；
[0124]12:由于本控制器采用ARM9處理器處理迷宮讀取和沖刺算法，有效地防止了程序的“跑飛”，抗干擾能力大大增強；
[0125]13:由于本控制器采用來L298N芯片來驅(qū)動四軸直流電機，極大地減少了驅(qū)動電路所占用的空間，并提聞了系統(tǒng)的效率和穩(wěn)定性；
[0126]14:由ARM9處理器輸出沖刺時PWM調(diào)制信號和方向信號，然后通過L298N芯片的使能端直接驅(qū)動直流電機，不僅減輕了 ARM9處理器的負擔，而且簡化了接口電路，使得系統(tǒng)的調(diào)試簡單；
[0127]15:在微電腦鼠快速沖刺過程中，控制器會對直流電機的轉(zhuǎn)矩進行在線辨識并利用電機力矩與電流的關(guān)系進行補償，減少了電機轉(zhuǎn)矩抖動對微電腦鼠快速沖刺的影；
[0128]16:由于微電腦鼠的四輪速度和方向獨立控制，使得微電腦鼠更容易實現(xiàn)曲線軌跡的轉(zhuǎn)動；
[0129]17:由于具有存儲功能，這使得微電腦鼠可以輕易調(diào)取已經(jīng)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；
[0130]18:根據(jù)對接觸扣分不同的沖刺要求，本文設(shè)計多種沖刺方法，完全滿足現(xiàn)實需要；
[0131]19: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?jīng)_刺失敗時，由于具有存儲迷宮信息的功能，所以可以輕易調(diào)取已經(jīng)優(yōu)化的沖刺迷宮信息，減少了探索的環(huán)節(jié)；
[0132]20:為了減少沖刺時間，對于樓梯型沖刺迷宮采用45度對角線轉(zhuǎn)法，比連續(xù)轉(zhuǎn)法還要節(jié)省時間，并且在在沖刺階段一直有前方的傳感器SI和S6對柱子信息進行采集并時刻進行補償，保證了沖刺的準確性和穩(wěn)定性；
[0133]21:為了減少沖刺時間，對于M型迷宮采用U轉(zhuǎn)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；
[0134]22:對于多次連轉(zhuǎn)由于采用綜合考慮位置、速度和加速度參數(shù)，避免了單獨轉(zhuǎn)法的累計誤差造成沖刺失敗現(xiàn)象的發(fā)生。
[0135]以上所述僅為本實用新型的實施例，并非因此限制本實用新型的專利范圍，凡是利用本實用新型說明書內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)或等效流程變換，或直接或間接運用在其它相關(guān)的【技術(shù)領(lǐng)域】，均同理包括在本實用新型的專利保護范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種基于ARM9四輪快速微電腦鼠對角線沖刺系統(tǒng)，其特征在于，包括處理器單元、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，其中，所述的處理器單元包括ARM9處理器和L298N芯片，所述的ARM9處理器和L298N芯片進行電性連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于ARM9四輪快速微電腦鼠對角線沖刺系統(tǒng)，其特征在于，所述的處理器單元分別發(fā)出第一控制信號、第二控制信號、第三控制信號以及第四控制信號，由第一控制信號、第二控制信號、第三控制信號以及第四控制信號分別對應(yīng)控制電機X、電機Y、電機Z以及電機R。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于ARM9四輪快速微電腦鼠對角線沖刺系統(tǒng)，其特征在于，所述的處理器單元還包括設(shè)于ARM9處理器和L298N芯片的上位機系統(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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)存儲模塊以及I/O控制模塊分別與所述的L298N芯片進行電性連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于ARM9四輪快速微電腦鼠對角線沖刺系統(tǒng)，其特征在于，所述的伺服控制模塊還包括電流模塊、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ARM9處理器進行電性連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于ARM9四輪快速微電腦鼠對角線沖刺系統(tǒng)，其特征在于，所述的微電腦鼠連轉(zhuǎn)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(jù)權(quán)利要求5所述的基于ARM9四輪快速微電腦鼠對角線沖刺系統(tǒng)，其特征在于，所述的電池為鋰離子電池。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于ARM9四輪快速微電腦鼠對角線沖刺系統(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(jù)權(quán)利要求1所述的基于ARM9四輪快速微電腦鼠對角線沖刺系統(tǒng)，其特征在于，所述的電機X、電機Y、電機Z和電機R的轉(zhuǎn)軸上均設(shè)有光電編碼器。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于ARM9四輪快速微電腦鼠對角線沖刺系統(tǒng)，其特征在于，所述的微電腦鼠機械裝置上設(shè)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(jù)權(quán)利要求1所述的基于ARM9四輪快速微電腦鼠對角線沖刺系統(tǒng)，其特征在于，所述的微電腦鼠機械裝置上設(shè)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】G05B19/042GK203535486SQ201320591560
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2013年9月24日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月24日
【發(fā)明者】張好明, 王應(yīng)海 申請人:蘇州工業(yè)園區(qū)職業(yè)技術(shù)學(xué)院