[發明專利]基于雙核四輪微電腦鼠超快速探索控制器

有效

• 申請號: 201310418352.4
• 申請日: 2013-09-16
• 公開（公告）號: CN103472831A
• 公開（公告）日: 2013-12-25
• 發明（設計）人: 張好明;王應海
• 申請（專利權）人: 蘇州工業園區職業技術學院
• 主分類號: G05D1/02
• 分類號: G05D1/02;G05B19/042
• 代理公司: 蘇州廣正知識產權代理有限公司 32234
• 代理人: 劉述生

技術領域

本發明涉及微型機器人領域，尤其涉及一種基于雙核四輪微電腦鼠超快速探索控制器。

背景技術

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，在國外已經競賽了將近30年，由其原理可以轉化為多種實際的工業機器人，近幾年內才引進國內，并逐漸成為一個新興的競賽項目。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。一只優秀的微電腦鼠必須具備良好的感知能力，有良好的行走能力，優秀的智能算法，一只完整的微電腦鼠在大體分為以下幾個部分：

1）傳感器：傳感器是微電腦鼠的眼睛，是微電腦鼠準確獲取外部環境信息的依據，然后把外界信息輸送到微處理器進行各種條件判斷。

2）電機：執行電機是微電腦鼠的動力源，它根據微處理器的指令來執行微電腦鼠在迷宮中行走時的相關動作。

3）算法：算法是微電腦鼠的靈魂。微電腦鼠必須采用一定的智能算法才能找到終點，才能找到一條最短的路徑，在最短的時間內到達終點。

4）微處理器：微處理器是微電腦鼠的核心部分，是微電腦鼠的大腦。微電腦鼠所有的信息，包括墻壁信息，位置信息，角度信息和電機狀態信息等都需要經過微處理器處理并做出相應的判斷。

微電腦鼠結合了多學科知識，對于提升在校學生的動手能力、團隊協作能力和創新能力，促進學生課堂知識的消化和擴展學生的知識面都非常有幫助。另外電腦鼠走迷宮極具趣味性，容易得到學生的認同及參與，并能很好的激發和引導學生這方面的興趣和愛好。其開展必然提升參賽者在相關領域的技術水平和應用能力，為技術創新提供平臺。可以培養大批相關領域的人才，進而促進相關領域的技術發展和產業化進程。由于國內研發此機器人的單位較少，對國際規則讀取水平較低，相對研發水平比較落后，研發的微電腦鼠結構如圖1，長時間運行發現存在著很多安全問題，即：

（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，使得微電腦鼠對周圍迷宮的探索存在一定的誤判。

（2）作為微電腦鼠的執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，導致對位置的記憶出現錯誤。

（3）由于采用步進電機，使得機體發熱比較嚴重，不利于在大型復雜迷宮中探索和沖刺。

（4）由于采用比較低級的算法，在迷宮當中的探索一般都要花費4~5分鐘的時間，這使得在真正的大賽中無法取勝。

（5）由于微電腦鼠要頻繁的剎車和啟動，加重了單片機的工作量，單一的單片機無法滿足微電腦鼠快速啟動和停止的要求。

（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比較龐大，無法滿足快速探索的要求。

（7）由于受周圍環境不穩定因素干擾，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又很難辦到，使得微電腦鼠在直道上行駛的時候要來回的補償，而且有的時候在迷宮當中搖擺幅度較大，特別是對于快速探索時。

（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，當遇到掉電情況時所有的信息將消失，這使得整個探索過程要重新開始。

（10）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生；

（11）四輪微電腦鼠系統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展。

（12）四輪微電腦鼠系統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，這時微電腦鼠系統更加容易打滑，也更容易走偏，導致導航失敗。

（13）四輪微電腦鼠系統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。

（14）由于采用兩個動力輪驅動，為了滿足復雜狀態下的加速和減速，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展和微電腦鼠系統能源的節省。