基于全自動(dòng)兩輪中低速滅火機(jī)器人的伺服控制系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及多軸機(jī)器人領(lǐng)域，特別是涉及一種基于全自動(dòng)兩輪中低速滅火機(jī)器人的伺服控制系統(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圍的環(huán)境所決定。蠟燭將隨機(jī)地放在比賽場地的一個(gè)房間里，比賽開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，每塊擋墻的長度為60cm長，高度在27-34cm。比賽場地地面是光滑的，場地的地板是黑色的。場地上的任意縫隙都刷成黑色。場地的縫隙不超過5_。一些機(jī)器人可能用泡沫，粉末或者其他的物質(zhì)來熄滅蠟燭的火焰。由于每一個(gè)機(jī)器人比賽后清洗場地的好壞直接影響到地面情況，故地面不保證在整個(gè)比賽過程中都保持絕對黑色。一旦啟動(dòng)，滅火機(jī)器人必須在沒有人的干預(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]滅火機(jī)器人結(jié)合了多學(xué)科知識，對于提升在校學(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)生課堂知識的消化和擴(kuò)展學(xué)生的知識面都非常有幫助。國內(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，長時(shí)間運(yùn)行發(fā)現(xiàn)存在著很多安全問題，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)致對位置的記憶出現(xiàn)錯(cuò)誤，滅火機(jī)器人無法尋求到火源，或者是滅火后機(jī)器人無法回到起始點(diǎn)。
[0005](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。
[0006](3 )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。
[0007](4)由于滅火機(jī)器人要頻繁的剎車和啟動(dòng)，加重了單片機(jī)的工作量，單一的單片機(jī)無法滿足滅火機(jī)器人快速啟動(dòng)和停止的要求。
[0008](5)相對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，重量相對都比較重。
[0009](6)由于受周圍環(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。
[0010](12)對于兩輪滅火機(jī)器人尋找火源過程來說，一般要求其兩個(gè)電機(jī)的PWM控制信號要同步，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，特別是對于快速行走時(shí)情況更糟糕。
[0011](8)在實(shí)際滅火過程中，火源未必處在房間格的中心，導(dǎo)致滅火機(jī)器人的行走方向與火源之間有一個(gè)夾角，導(dǎo)致滅火消費(fèi)了大量的干冰，有時(shí)候可能會(huì)無法熄滅火源。
[0012](9)在實(shí)際滅火過程中，由于蠟燭的燃燒，其高度也在發(fā)生變化，這與現(xiàn)實(shí)中的火源也非常相似，但是一般的滅火機(jī)器人攜帶的干冰滅火器的噴嘴高度是固定的，導(dǎo)致無法有效的撲滅火源。
[0013](10)在實(shí)際滅火過程中，普通的光源探測傳感器會(huì)可能收到外界光源的干擾，導(dǎo)致滅火探尋失敗，無法完成任務(wù)。
[0014]因此，需要對現(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)中使用的全自動(dòng)兩輪滅火機(jī)器人伺服系統(tǒng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0015]本發(fā)明主要解決的技術(shù)問題是提供一種基于全自動(dòng)兩輪中低速滅火機(jī)器人的伺服控制系統(tǒng)，具有可靠性能高、定位精確、轉(zhuǎn)位速度快等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)在多軸機(jī)器人的應(yīng)用及普及上有著廣泛的市場前景。
[0016]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的一個(gè)技術(shù)方案是:
提供一種基于全自動(dòng)兩輪中低速滅火機(jī)器人的伺服控制系統(tǒng)，其包括:車輪、電機(jī)、微處理器、真空抽吸裝置、超聲波傳感器、加速度傳感器、干冰滅火器、用于采集火源信息的光電采集裝置和用于采集機(jī)器人周邊環(huán)境信息的圖像采集裝置，
所述電機(jī)包括微型直流電機(jī)、用于驅(qū)動(dòng)干冰滅火器上下移動(dòng)的升降直流電機(jī)和用于驅(qū)動(dòng)所述車輪的永磁直流無刷電機(jī)，
所述車輪包括設(shè)置于機(jī)器人本體左右兩側(cè)的左輪和右輪，所述永磁直流無刷電機(jī)包括用于控制左輪的左輪電機(jī)和用于控制右輪的右輪電機(jī)，
所述超聲波傳感器設(shè)置于所述機(jī)器人本體的頭部，且所述超聲波傳感器包括用于配合判斷前方障礙的第一傳感器和第六傳感器、用于配合判斷左邊障礙的第二傳感器和第三傳感器、以及用于判斷右邊障礙的第四傳感器和第五傳感器，
所述真空抽吸裝置設(shè)置于所述機(jī)器人本體的底部，所述電機(jī)和所述加速度傳感器設(shè)置于所述機(jī)器人本體內(nèi)，所述光電采集裝置和所述圖像采集裝置分別與所述機(jī)器人本體相連接，
所述微處理器采用了 STM32F407處理器，所述微處理器發(fā)送第一控制信號、第二控制信號、第三控制信號和第四控制信號，上述四個(gè)信號分別控制微型直流電機(jī)、升降直流電機(jī)、左輪電機(jī)和右輪電機(jī)的信號合成并控制滅火機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)，
所述微處理器分別與所述電機(jī)、所述超聲波傳感器、所述加速度傳感器、所述干冰滅火器、所述光電采集裝置和所述圖像采集裝置相連接。
[0017]在本發(fā)明一個(gè)較佳實(shí)施例中，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均為PWM波控制信號。
[0018]在本發(fā)明一個(gè)較佳實(shí)施例中，還包括第一電流傳感器、第二電流傳感器和電機(jī)光電編碼器，所述微處理器通過所述電機(jī)光電編碼器分別與所述第一電流傳感器和所述第二電流傳感器相連接。
[0019]在本發(fā)明一個(gè)較佳實(shí)施例中，所述微型直流電機(jī)與所述真空抽吸裝置相連接。
[0020]在本發(fā)明一個(gè)較佳實(shí)施例中，還包括電壓傳感器，所述電壓傳感器與所述微處理器相連接。
[0021]在本發(fā)明一個(gè)較佳實(shí)施例中，還包括電池單元，所述電池單元與所述微處理器相連接。
[0022]在本發(fā)明一個(gè)較佳實(shí)施例中，所述電池單元采用了鋰電池。
[0023]在本發(fā)明一個(gè)較佳實(shí)施例中，所述的處理器的內(nèi)部還設(shè)置有上位機(jī)系統(tǒng)和運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，所述的上位機(jī)程序模塊包括房間探索模塊、房間存儲模塊、路徑讀取模塊、人機(jī)界面模塊以及在線輸出模塊，所述運(yùn)動(dòng)控制程序模塊包括基于四軸同步混合直流混合伺服控制模塊、坐標(biāo)定位模塊、I/o控制模塊和圖像采集模塊。
[0024]在本發(fā)明一個(gè)較佳實(shí)施例中，所述四軸同步混合直流混合伺服控制模塊包括基于兩軸直流無刷電機(jī)滅火機(jī)器人搜尋伺服控制模塊、單軸真空吸盤吸附伺服控制模塊和滅火器單軸升降伺服控制模塊。
[0025]在本發(fā)明一個(gè)較佳實(shí)施例中，光電采集裝置、電壓傳感器和加速度計(jì)傳感器的數(shù)量均為I個(gè)。
[0026]本發(fā)明的有益效果是:提高了兩輪滅火機(jī)器人在尋找火源過程中行走導(dǎo)航的穩(wěn)定性和機(jī)器人的信息處理能力，并且可以更加快速精確的找到并撲滅火源，而且基于微型直流電機(jī)的真空抽吸裝置可以為滅火機(jī)器人提供防滑的功能，提高滅火機(jī)器人的穩(wěn)定性。
【附圖說明】
[0027]為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)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(shí)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(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其它的附圖，其中:
圖1為滅火機(jī)器人房間示意圖；
圖2為基于單片機(jī)控制的兩輪滅火機(jī)器人的原理圖；
圖3為基于全自動(dòng)兩輪中低速滅火機(jī)器人二維結(jié)構(gòu)圖；
圖4為基于全自動(dòng)兩輪中低速滅火機(jī)器人原理圖；
圖5為基于全自動(dòng)兩輪中低速滅火機(jī)器人的伺服控制程序框圖；
圖6為滅火機(jī)器人運(yùn)行方向示意圖；
圖7為滅火機(jī)器人右轉(zhuǎn)示意圖；
圖8為滅火機(jī)器人左轉(zhuǎn)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0028]下面將對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅是本發(fā)明的一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其它實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0029]請參閱圖1-8，本發(fā)明實(shí)施例包括:
一種基于全自動(dòng)兩輪中低速滅火機(jī)器人的伺服控制系統(tǒng)，其包括:機(jī)器人本體、車輪、電機(jī)、微處理器、真空抽吸裝置、超聲波傳感器、加速度傳感器Al、干冰滅火器、用于采集火源信息的光電采集裝置和用于采集機(jī)器人周邊環(huán)境信息的圖像采集裝置.所述電機(jī)包括微型直流電機(jī)M、