[發明專利]一種全自動四輪雙核高速滅火機器人伺服控制器

在審

• 申請號: 201510519612.6
• 申請日: 2015-08-24
• 公開（公告）號: CN105005249A
• 公開（公告）日: 2015-10-28
• 發明（設計）人: 張好明;劉增量
• 申請（專利權）人: 銅陵學院
• 主分類號: G05B19/042
• 分類號: G05B19/042;G05D1/12
• 代理公司: 蘇州廣正知識產權代理有限公司 32234
• 代理人: 徐萍

技術領域

本發明涉及機器人控制器領域，特別是涉及一種全自動四輪雙核高速滅火機器人伺服控制器。

背景技術

滅火機器人是一中模擬現實生活中人類發現有害火源并能夠自動熄滅火源的一種新型智能機器人。一般情況下，比賽型滅火機器人能夠在一間平面結構房子模型里運動，在操作規則指導下以最短的時間找到代表火源的一根蠟燭并將它熄滅。模擬現實家庭中機器人處理火警的過程。蠟燭代表家里燃起的火源，機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1-2cm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境所決定。蠟燭將隨機地放在比賽場地的一個房間里，比賽開始后不管火焰具體是什么尺寸，都要求機器人能發現蠟燭。

在真正的比賽中，為了加大比賽難度，比賽場地被分為n*n格的標準模式，最常采用的是8*8格的均勻模式，其比賽場地二維結構如圖2所示，滅火機器人將在64格房間里尋找火源并熄滅。在圖2的二維搜尋火源地圖中，墻的材料是木質一般且可以反光，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5mm。一些機器人可能用泡沫，粉末或者其他的物質來熄滅蠟燭的火焰。由于每一個機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比賽過程中都保持絕對黑色。一旦啟動，滅火機器人必須在沒有人的干預下自己控制導航，而非人工控制，為了考驗滅火機器人在搜尋火源過程中的穩定性，其不可以碰撞或接觸墻壁，否則將被受到處罰。

一臺完整的滅火機器人大致分為以下幾個部分：

1）電機：執行電機是滅火機器人的動力源，它根據微處理器的指令來執行滅火機器人在二維平面上行走的相關動作。

2）算法：算法是滅火機器人的靈魂。滅火機器人必須采用一定的智能算法才能準確快速的從一個房間到達另外一個房間的運動，然后發現火源，并開啟自身攜帶的干冰控制器，撲滅火源。

3）微處理器：微處理器是滅火機器人的核心部分，是滅火機器人的大腦。滅火機器人所有的信息，包括房間墻壁信息，火源位置信息，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。

滅火機器人結合了多學科知識，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。國內研發此機器人的單位較多，但是研發的機器人比較落后，研發的滅火機器人結構如圖1，長時間運行發現存在著很多安全問題，即：

（1）作為滅火機器人的執行機構采用的多是步進電機，經常會遇到丟失脈沖造成電機失步現象發生，導致對位置的記憶出現錯誤，滅火機器人無法尋求到火源，或者是滅火后機器人無法回到起始點，

（2）由于采用步進電機，使得機體發熱比較嚴重，有的時候需要進行加裝散熱裝置，使得機器人整體重量增加，

（3）由于采用步進電機，使得系統運轉的機械噪聲大大增加，不利于環境保護，

（4）由于采用步進電機，使得系統一般不適合在速度較高的場合運行，高速運動時容易產生振動，有時候可能會接觸墻壁，導致尋找火源失敗，

（5）由于滅火機器人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滅火機器人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，使得滅火機器人控制系統占用較大的空間，重量相對都比較重，

（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，引起滅火機器人失控，抗干擾能力較差，

（8）對于兩輪滅火機器人尋找火源過程來說，一般要求其兩個電機的PWM控制信號要同步，由于受單片機計算能力的限制，單一單片機伺服系統很難滿足這一條件，使得滅火機器人行走導航很難控制，特別是對于快速行走時情況更糟糕，

(9)?在實際滅火過程中，火源未必處在房間格的中心，導致滅火機器人的行走方向與火源之間有一個夾角，導致滅火消費了大量的干冰，有時候可能會無法熄滅火源，

（10）在實際滅火過程中，由于蠟燭的燃燒，其高度也在發生變化，這與現實中的火源也非常相似，但是一般的滅火機器人攜帶的干冰滅火器的噴嘴高度是固定的，導致無法有效的撲滅火源，

（11）在實際滅火過程中，普通的光源探測傳感器會可能收到外界光源的干擾，導致滅火探尋失敗，無法完成任務。

發明內容