[發明專利]雙核中速六輪全數字導航伺服控制器及其控制方法在審

申請號：	201510521312.1	申請日：	2015-08-24
公開（公告）號：	CN105137989A	公開（公告）日：	2015-12-09
發明（設計）人：	張好明;楊銳敏	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
地址：	244000 安***	國省代碼：	安徽;34
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摘要：
搜索關鍵詞：	中速六輪全數字導航伺服控制器及其控制方法
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【說明書】：

技術領域

本發明涉及微型迷宮導航機器人領域，尤其涉及一種雙核中速六輪全數字導航伺服控制器及其控制方法。

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。其求解的迷宮之一示意如圖2所示。

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老鼠求解迷宮的難度，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導航信息，當完成任務后通過控制器的232串口或者是USB串口讀取存儲信息。

微微鼠在迷宮中導航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，否則將無法完成任務。微微鼠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，并且微微鼠走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。

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，在實踐中則會發現如下問題：

（1）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。

（2）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求解現有的復雜迷宮。

（3）由于微微鼠尺寸的大幅減少，如果微微鼠采用圖1中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。

（4）由于微電腦鼠伺服系統采用的都是比較低級的算法，使得微微鼠在迷宮當中的導航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，使得微微鼠單格運行的距離減少，微微鼠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微鼠快速啟動和停車的要求。

（6）對于兩輪驅動的微微鼠來說一般要求驅動其運動的兩個電機PWM控制信號要同步，受計算能力的限制單一單片機伺服系統很難滿足這一條件，微微鼠在直道上行駛時不能準確的行走在中線上，在高速導航時很容易撞到迷宮擋墻，導致任務失敗。

（7）由于受單片機容量和算法影響，微微鼠無法存儲迷宮信息，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。

（8）兩輪微微鼠系統在加速導航時由于重心后移，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）兩輪微微鼠系統在正常導航時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，這時微微鼠系統更加容易打滑，也更容易走偏，導致導航失敗。

（10）兩輪微微鼠系統在正常導航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。

（11）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導航，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，不利于微微鼠本體微型化發展和微微鼠系統能源的節省。