[發明專利]一種半尺寸電腦鼠運動控制系統

有效

• 申請號: 201810173025.X
• 申請日: 2018-02-27
• 公開（公告）號: CN108388177B
• 公開（公告）日: 2023-10-10
• 發明（設計）人: 孫桂玲;鄭博文;王若斌;趙唯薦
• 申請（專利權）人: 南開大學
• 主分類號: G05B19/042
• 分類號: G05B19/042;G05B11/42
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

一種半尺寸電腦鼠運動控制系統，屬于自動控制技術領域。本發明采用STM32微控制器作為處理單元，普通空心杯電機作為動力裝置，磁編碼器作為測速裝置，通過PID反饋控制算法驅動半尺寸電腦鼠平穩運動。該控制系統包括處理器、左右控制器、左右空心杯電機和左右磁編碼測速器。由處理器向左右控制器分別發送期望速度，控制器通過測速器反饋調節電機轉速，達到期望速度。本發明采用非接觸式的磁編碼器測速，達到節省空間、降低成本和減小阻力的效果；設計自適應參數PID控制算法，解決小型空心杯電機功率不足的問題。

【技術領域】

本發明涉及一種半尺寸電腦鼠運動控制系統，屬于自動控制技術領域。

【背景技術】

電腦鼠是使用嵌入式控制器、傳感器和動力部件構成的一種可以自主運動的機器人。它可以通過設定好的算法在迷宮中自動搜索并記憶墻壁信息，最終找到從起點到終點的最優沖刺路徑。傳統的電腦鼠競賽迷宮為16×16的正方形單元格組成的迷宮，每個方格的尺寸為18×18cm。半尺寸電腦鼠為傳統電腦鼠的縮小版，迷宮方格尺寸為9×9cm，方格數最大為32×32，圖2為標準32×25規格半尺寸電腦鼠迷宮。

半尺寸電腦鼠因其尺寸小的特點，較傳統電腦鼠有很大的設計難度。無論是器件的尺寸還是控制的精度都有更高的要求。一款優秀的半尺寸電腦鼠必須具備精確的感知能力、穩定的行走能力和優秀的算法。通常一款半尺寸電腦鼠包含以下幾個部分：

1)處理器：處理器是電腦鼠的大腦，負責對傳感器返回的信息進行篩選和判斷，從而計算出電腦鼠的位置和姿態，對動力系統發出指令，控制電腦鼠的行進。

2)紅外探頭：紅外探頭是電腦鼠的眼睛，它負責探測每一個迷宮格前方和左右有無墻壁及與墻壁的距離，優秀的紅外探頭是電腦鼠準確搜索迷宮的重要保障。

3)陀螺儀：陀螺儀是電腦鼠的小腦，它負責感知電腦鼠轉彎時轉過的角度。用陀螺儀輔助轉彎可以讓轉彎角度更準確，從而加快搜索和沖刺速度。

4)電機：電機是電腦鼠的四肢，它負責執行處理器發送的運動指令，驅動電腦鼠前進、轉彎或掉頭。

5)算法：算法是電腦鼠的靈魂，優秀的算法可以讓電腦鼠更快搜索到終點，找到最優的路徑，在最短時間內沖刺到終點。

此外還包括電池、輪胎、支架等部件和結構。他們必須協同作用，才能使電腦鼠工作在最佳狀態。

由于半尺寸電腦鼠的開發難度較高，國內對于電腦鼠的研究尚處于古典電腦鼠的狀態，已有多家公司或機構開發了表現優秀的古典電腦鼠，但是尚未出現任何半尺寸電腦鼠的研究成果。

【發明內容】

本發明的目的是為半尺寸電腦鼠提供可靠、穩定的運動控制方案，提出一種半尺寸電腦鼠運動控制系統。

本發明包含的內容如下：

1.一種半尺寸電腦鼠運動控制系統，其特征在于，采用STM32微控制器作為處理單元，普通空心杯電機作為動力裝置，磁編碼器作為測速裝置，通過PID反饋控制算法驅動半尺寸電腦鼠平穩行進，控制半尺寸電腦鼠完成指定動作具體步驟如下：

(1)由處理器將半尺寸電腦鼠應完成的指定動作解析為左右電機的期望速度，并分別傳送至左右電機控制器；

(2)由磁編碼器測量輪胎的實際轉速并傳送至電機控制器；

(3)電機控制器計算輪胎實際轉速與期望轉速之間的差值，通過PID算法轉化為相應占空比的PWM波輸出至電機驅動芯片；

(4)電機驅動芯片根據PWM波輸出相應電流，驅動電機轉動，帶動半尺寸電腦鼠完成指定運動。

2.參數自適應PID控制算法流程如圖2，具體步驟如下：