[發明專利]雙核高速四輪微微鼠探索控制器

在審

• 申請號: 201510520909.4
• 申請日: 2015-08-24
• 公開（公告）號: CN105137978A
• 公開（公告）日: 2015-12-09
• 發明（設計）人: 張好明;鮑庭瑞
• 申請（專利權）人: 銅陵學院
• 主分類號: G05D1/02
• 分類號: G05D1/02
• 代理公司: 銅陵市天成專利事務所 34105
• 代理人: 莫祚平

技術領域

本發明涉及一種微微鼠（PICOMOUSE）的自動控制系統，屬于微型迷宮機器人領域。

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，其常采用兩輪結構，兩輪微電腦鼠二維結構如圖1所示。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，圖2中便是微電腦鼠求解的迷宮中的一種。

隨著微電子技術、計算機控制技術的不斷進步，國外專家在微電腦鼠求解迷宮的技術基礎之上提出了一種更具有挑戰性的迷宮機器人---微微鼠，為了增強迷宮復雜程度以及求解迷宮的難度，迷宮擋墻由原有的180mm變成了90mm，原有的迷宮由16*16格變成了32*32格，新的迷宮二維結構如圖3所示。電源一旦打開，微微鼠全程完全依靠自身攜帶的傳感器自動導航，并求解由1024個迷宮格組成的各種復雜迷宮，能夠快速從起點找到一條到達設定目標點的最佳路徑，然后以最快的速度沖刺到終點。作為一種自助導航智能機器人，因為通過無線裝置可以向控制器輸入迷宮信息，微微鼠或者微電腦鼠比賽國際準則拒絕使用無線裝置，為了能夠得到微微鼠或者是微電腦鼠探索、沖刺后的信息，只能通過算法快速寄存并儲存其行走信息，當完成任務后通過控制器的232串口或者是USB等接口讀取存儲信息。

微微鼠在迷宮中行走過程中要時刻判斷周圍的環境，然后傳輸參數到控制器，由控制器反復控制其在迷宮方格中精確的加速和減速進行運動。一只優秀的微微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，否則將無法完成探索任務。微微鼠探索迷宮技術綜合了多學科知識，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，并且微微鼠探索迷宮技術的開展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。

微微鼠求解迷宮是國際新興的一門技術，由于微微鼠探索迷宮技術的難度較高以及迷宮設計的復雜性，導致國內還沒有研發此機器人的單位。如果認為微微鼠只是微電腦鼠的簡單拷貝，按照微電腦鼠技術來設計微微鼠，在實踐中發現設計出的微微鼠存在下列問題：

1、由于求解迷宮數目的大量增加，原有的微電腦鼠求解迷宮技術無法用于微微鼠求解現有的復雜迷宮。

2、由于微微鼠的尺寸相較于微電腦鼠的尺寸大幅減少，如果微微鼠采用圖1中微電腦鼠的六組傳感器技術探測迷宮，經常出現傳感器相互干擾的狀況，導致其讀取迷宮信息失敗。

3、基于輪式的微微鼠只能被動的適應迷宮地面的打滑程度，隨著微微鼠速度的提高，其打滑概率也極大增加，導致求解迷宮失敗。

4、由于微電腦鼠伺服系統采用的都是比較低級的算法，如果直接將這些算法套用在微微鼠上，使得微微鼠在迷宮當中的探索一般都要花費較長的時間，這使得在真正的大賽中無法取勝。

5、由于迷宮擋墻尺寸的減少，使得微微鼠相較于微電腦鼠單格運行的距離減少，頻繁的剎車和啟動加重了單片機的工作量，采用現有技術微電腦鼠的單一的單片機技術已經無法滿足快速啟動和停車的要求。

6、由于受單片機容量和算法影響，微微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。

7、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，將現有的微電腦鼠直接用于微微鼠容易導致微微鼠出現撞墻的現象發生。

8、兩輪驅動系統在加速時由于重心后移，使得前部輕飄，即使在良好的路面上微微鼠也會打滑，有可能導致撞墻的現象出現，不利于高速微微鼠的發展。

9、兩輪如果設計不當會造成重心前偏，正常行駛時將導致驅動輪上承受的正壓力減小，使得運動時更加容易打滑、也更容易走偏，導致導航失敗。同時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。

10、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，不利于微型化發展和系統能源的節省。

11、微電腦鼠采用的都是一些體積比較大的插件元器件，直接將這些用于微微鼠的設計使得微微鼠的體積和重量相對都比較大，無法滿足快速探索的要求。