[發明專利]基于ARM9四輪快速微電腦鼠連轉沖刺伺服系統

無效

• 申請號: 201310488961.7
• 申請日: 2013-10-18
• 公開（公告）號: CN103529845A
• 公開（公告）日: 2014-01-22
• 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

本發明涉及一種基于ARM9四輪快速微電腦鼠連轉沖刺伺服系統。

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，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，現在每年在國外都要舉行上百場的國際微電腦鼠大賽。?

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：

（1）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；

（2）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；

（3）英國微電腦鼠機器人挑戰賽：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；

（4）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，由于國內研發此機器人的單位較少，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，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）由于受周圍環境不穩定因素干擾，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生，導致沖刺失敗。?

（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生，然后依靠導航的傳感器進行補償，導致在連續多次轉彎的迷宮中出現撞墻的現象發生，致使沖刺失敗。

（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，致使沖刺失敗。

（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，使得系統對兩軸的伺服要求較高，特別是直線加速沖刺導航時，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。

（13）兩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沖刺的發展。

（14）兩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。