一種雙核兩輪中速滅火機(jī)器人伺服控制器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及多軸機(jī)器人領(lǐng)域，具體涉及一種雙核兩輪中速滅火機(jī)器人伺服控制器的兩輪滅火機(jī)器人自動(dòng)控制系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]滅火機(jī)器人是一中模擬現(xiàn)實(shí)生活中人類(lèi)發(fā)現(xiàn)有害火源并能夠自動(dòng)熄滅火源的一種新型智能機(jī)器人。一般情況下，比賽型滅火機(jī)器人能夠在一間平面結(jié)構(gòu)房子模型里運(yùn)動(dòng)，在操作規(guī)則指導(dǎo)下以最短的時(shí)間找到代表火源的一根蠟燭并將它熄滅。模擬現(xiàn)實(shí)家庭中機(jī)器人處理火警的過(guò)程。蠟燭代表家里燃起的火源，機(jī)器人必須找到并熄滅火源。蠟燭火焰的底部將離地面15?20cm高。蠟燭是直徑l-2cm的白蠟燭。蠟燭火焰的確切高度和尺寸是不確定的、變化的，而且由蠟燭條件和周?chē)沫h(huán)境所決定。蠟燭將隨機(jī)地放在比賽場(chǎng)地的一個(gè)房間里，比賽開(kāi)始后不管火焰具體是什么尺寸，都要求機(jī)器人能發(fā)現(xiàn)蠟燭。
[0003]在真正的比賽中，為了加大比賽難度，比賽場(chǎng)地被分為n*n格的標(biāo)準(zhǔn)模式，最常采用的是8*8格的均勻模式，其比賽場(chǎng)地二維結(jié)構(gòu)如圖1所示，滅火機(jī)器人將在64格房間里尋找火源并熄滅。在圖1的二維搜尋火源地圖中，墻的材料是木質(zhì)一般且可以反光，每塊擋墻的長(zhǎng)度為60cm長(zhǎng)，高度在27-34cm。比賽場(chǎng)地地面是光滑的，場(chǎng)地的地板是黑色的。場(chǎng)地上的任意縫隙都刷成黑色。場(chǎng)地的縫隙不超過(guò)5_。一些機(jī)器人可能用泡沫，粉末或者其他的物質(zhì)來(lái)熄滅蠟燭的火焰。由于每一個(gè)機(jī)器人比賽后清洗場(chǎng)地的好壞直接影響到地面情況，故地面不保證在整個(gè)比賽過(guò)程中都保持絕對(duì)黑色。一旦啟動(dòng)，滅火機(jī)器人必須在沒(méi)有人的干預(yù)下自己控制導(dǎo)航，而非人工控制，為了考驗(yàn)滅火機(jī)器人在搜尋火源過(guò)程中的穩(wěn)定性，其不可以碰撞或接觸墻壁，否則將被受到處罰。
[0004]—臺(tái)完整的滅火機(jī)器人大致分為以下幾個(gè)部分:
O電機(jī):執(zhí)行電機(jī)是滅火機(jī)器人的動(dòng)力源，它根據(jù)微處理器的指令來(lái)執(zhí)行滅火機(jī)器人在房間二維平面上行走的相關(guān)動(dòng)作。
[0005]2)算法:算法是滅火機(jī)器人的靈魂。滅火機(jī)器人必須采用一定的智能算法才能準(zhǔn)確快速的從一個(gè)房間格到達(dá)另外一格房間格的運(yùn)動(dòng)，然后發(fā)現(xiàn)火源，并開(kāi)啟自身攜帶的干冰控制器，撲滅火源。
[0006]3)微處理器:微處理器是滅火機(jī)器人的核心部分，是滅火機(jī)器人的大腦。滅火機(jī)器人所有的信息，包括房間墻壁信息，火源位置信息，和電機(jī)狀態(tài)信息等都需要經(jīng)過(guò)微處理器處理并做出相應(yīng)的判斷。
[0007]滅火機(jī)器人結(jié)合了多學(xué)科知識(shí)，對(duì)于提升在校學(xué)生的動(dòng)手能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力和創(chuàng)新能力，促進(jìn)學(xué)生課堂知識(shí)的消化和擴(kuò)展學(xué)生的知識(shí)面都非常有幫助。國(guó)內(nèi)研發(fā)此機(jī)器人的單位較多，但是研發(fā)的機(jī)器人比較落后，研發(fā)的滅火機(jī)器人結(jié)構(gòu)如圖2，長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行發(fā)現(xiàn)存在著很多安全問(wèn)題，即:
(I)作為滅火機(jī)器人的執(zhí)行機(jī)構(gòu)采用的多是步進(jìn)電機(jī)，經(jīng)常會(huì)遇到丟失脈沖造成電機(jī)失步現(xiàn)象發(fā)生，導(dǎo)致對(duì)位置的記憶出現(xiàn)錯(cuò)誤，滅火機(jī)器人無(wú)法尋求到火源，或者是滅火后機(jī)器人無(wú)法回到起始點(diǎn)。
[0008](2)由于采用步進(jìn)電機(jī)，使得機(jī)體發(fā)熱比較嚴(yán)重，有的時(shí)候需要進(jìn)行加裝散熱裝置，使得機(jī)器人整體重量增加。
[0009](4)由于采用步進(jìn)電機(jī)，使得系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)的機(jī)械噪聲大大增加，不利于環(huán)境保護(hù)。
[0010](5)由于采用步進(jìn)電機(jī)，其電機(jī)本體一般都是多相結(jié)構(gòu)，控制電路需要采用多個(gè)功率管，使得控制電路相對(duì)比較復(fù)雜，并且增加了控制器價(jià)格。
[0011 ] (6 )由于采用步進(jìn)電機(jī)，使得系統(tǒng)一般不適合在速度較高的場(chǎng)合運(yùn)行，高速運(yùn)動(dòng)時(shí)容易產(chǎn)生振動(dòng)，有時(shí)候可能會(huì)接觸墻壁，導(dǎo)致尋找火源失敗。
[0012](7)由于滅火機(jī)器人要頻繁的剎車(chē)和啟動(dòng)，加重了單片機(jī)的工作量，單一的單片機(jī)無(wú)法滿(mǎn)足滅火機(jī)器人快速啟動(dòng)和停止的要求。
[0013](8)相對(duì)采用的都是一些體積比較大的插件元器件，使得滅火機(jī)器人控制系統(tǒng)占用較大的空間，重量相對(duì)都比較重。
[0014](9)由于受周?chē)h(huán)境不穩(wěn)定因素干擾，單片機(jī)控制器經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)異常，引起滅火機(jī)器人失控，抗干擾能力較差。
[0015](10)對(duì)于兩輪滅火機(jī)器人尋找火源過(guò)程來(lái)說(shuō)，一般要求其兩個(gè)電機(jī)的PWM控制信號(hào)要同步，由于受單片機(jī)計(jì)算能力的限制，單一單片機(jī)伺服系統(tǒng)很難滿(mǎn)足這一條件，使得滅火機(jī)器人行走導(dǎo)航很難控制，特別是對(duì)于快速行走時(shí)情況更糟糕。
[0016]因此，需要對(duì)現(xiàn)有的基于單片機(jī)控制的滅火機(jī)器人控制器進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，尋求一種經(jīng)濟(jì)適用的能夠在現(xiàn)實(shí)中的使用中低速兩輪滅火機(jī)器人伺服系統(tǒng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0017]本發(fā)明的目的在于提供一種在基于STM32F407的控制器中引入PMD公司生產(chǎn)的精密運(yùn)動(dòng)控制專(zhuān)用芯片MC58113，形成基于STM32F407+專(zhuān)用運(yùn)動(dòng)控制芯片的全新雙核控制器，同時(shí)雙核控制器引入真空吸附技術(shù)，并加入三軸加速度計(jì)傳感器和三軸陀螺儀進(jìn)行二次姿態(tài)校正；此控制器充分考慮電池在這個(gè)系統(tǒng)的作用，把控制系統(tǒng)中工作量最大的三軸伺服系統(tǒng)交給MC58113處理，充分發(fā)揮MC58113作為伺服控制器的優(yōu)點(diǎn)和STM32F407數(shù)據(jù)處理速度相對(duì)較快的特點(diǎn)，把STM32F407從復(fù)雜的三軸伺服控制中解脫出來(lái)，實(shí)現(xiàn)人機(jī)界面、房間讀取、房間存儲(chǔ)、坐標(biāo)定位等簡(jiǎn)單功能的雙核兩輪中速滅火機(jī)器人伺服控制器。
[0018]本發(fā)明的技術(shù)方案是，一種雙核兩輪中速滅火機(jī)器人伺服控制器，包括電池、雙核控制器、直流電機(jī)M、直流無(wú)刷電機(jī)X、直流無(wú)刷電機(jī)Y、信號(hào)處理器以及滅火機(jī)器人，所述雙核控制器發(fā)出第三控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)所述直流電機(jī)M，所述雙核控制器發(fā)出第二控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)所述直流無(wú)刷電機(jī)Y，所述雙核控制器發(fā)出第一控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)所述直流無(wú)刷電機(jī)X，所述直流電機(jī)M、直流無(wú)刷電機(jī)X、直流無(wú)刷電機(jī)Y通過(guò)信號(hào)處理器處理后驅(qū)動(dòng)所述滅火機(jī)器人，所述雙核控制器為STM32F407和MC58113，所述MC58113通過(guò)I/O 口與STM32F407進(jìn)入實(shí)時(shí)通訊。
[0019]在本發(fā)明一個(gè)較佳實(shí)施例中，所述兩輪中速滅火機(jī)器人伺服控制器上還設(shè)置有第一超聲波傳感器、第二超聲波傳感器、第三超聲波傳感器、第四超聲波傳感器、第五超聲波傳感器、第六超聲波超聲波傳感器、光電傳感器、電壓傳感器、三軸加速度計(jì)傳感器、三軸陀螺儀、第一電流傳感器以及第二電流傳感器。
[0020]在本發(fā)明一個(gè)較佳實(shí)施例中，所述雙核控制器包括上位機(jī)程序和運(yùn)動(dòng)控制程序，所述上位機(jī)程序包括房間探索模塊、房間存儲(chǔ)模塊、路徑讀取模塊、人機(jī)界面模塊及在線輸出模塊，所述運(yùn)動(dòng)控制程序包括基于MC58113三軸同步直流無(wú)刷和直流混合伺服控制模塊、坐標(biāo)定位模塊及I/O控制模塊，所述基于MC58113三軸同步直流無(wú)刷和直流混合伺服控制模塊包括基于兩軸直流無(wú)刷電機(jī)滅火機(jī)器人搜尋伺服控制模塊和單軸真空吸盤(pán)吸附伺服控制模塊。
[0021]在本發(fā)明一個(gè)較佳實(shí)施例中，所述雙核控制器上還連接設(shè)置有干冰滅火器電磁閥。
[0022]在本發(fā)明一個(gè)較佳實(shí)施例中，所述電池為鋰離子電池。
[0023]在本發(fā)明一個(gè)較佳實(shí)施例中，所述直流無(wú)刷電機(jī)X、直流無(wú)刷電機(jī)Y上還分別設(shè)置有光電編碼器。
[0024]在本發(fā)明一個(gè)較佳實(shí)施例中，所述單軸真空吸盤(pán)吸附伺服控制模塊中的真空吸盤(pán)通過(guò)直流電機(jī)M驅(qū)動(dòng)。
[0025]在本發(fā)明一個(gè)較佳實(shí)施例中，所述真空吸盤(pán)與所述地面吸附對(duì)應(yīng)設(shè)置從而防止打滑。
[0026]本發(fā)明所述為一種雙核兩輪中速滅火機(jī)器人伺服控制器，具有如下有益效果:
1、在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，充分考慮了電池在這個(gè)系統(tǒng)中的作用，基于STM32F407+MC58113控制器時(shí)刻都在對(duì)滅火機(jī)器人的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)和運(yùn)算，并且在電池提供電源的過(guò)程中，C1、C2時(shí)刻對(duì)電池的電流進(jìn)行觀測(cè)并送給控制器進(jìn)行保護(hù)，避免了大電流的產(chǎn)生，所以從根本上解決了大電流對(duì)鋰離子電池的沖擊，避免了由于大電流放電而引起的鋰離子電池過(guò)度老化現(xiàn)象的發(fā)生；
2、用直流無(wú)刷電機(jī)替代了步進(jìn)電機(jī)，使得電機(jī)無(wú)機(jī)械摩擦，無(wú)磨損，無(wú)電火花，且免維護(hù)，而且直流無(wú)刷電機(jī)的效率高，功率和轉(zhuǎn)矩密度高，使得系統(tǒng)的效率更高；
3、由MC58113處理滅火機(jī)器人的兩只直流無(wú)刷電機(jī)X和直流無(wú)刷電機(jī)Y、單軸吸附控制直流電機(jī)M的伺服控制，使得控制比較簡(jiǎn)單，大大提高了運(yùn)算速度，解決了單片機(jī)軟件運(yùn)行較慢的瓶頸，縮短了開(kāi)發(fā)周期短，并且程序可移植能力強(qiáng)；
4、本發(fā)明基本實(shí)現(xiàn)全貼片元器件材料，實(shí)現(xiàn)了單板