基于兩輪高速全自動滅火機器人的雙核伺服控制系統的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及多軸機器人領域，特別是涉及一種基于兩輪高速全自動滅火機器人的雙核伺服控制系統。
【背景技術】
[0002]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l-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。
[0003]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1所示，滅火機器人將在64格房間里尋找火源并熄滅。在圖1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5_。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。
[0004]—臺完整的滅火機器人大致分為以下幾個部分:
O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。
[0005]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格到達另外一格房間格的運動，然后發現火源，并開啟自身攜帶的干冰控制器，撲滅火源。
[0006]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。
[0007]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2，長時間運行發現存在著很多安全問題，即:
(I)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。
[0008](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。
[0009](3 )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。
[0010](4)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。
[0011](5)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。
[0012](6)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PffM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。
[0013](7)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。
[0014](8)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。
[0015](9)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。
[0016]因此，需要對現有的基于單片機控制的滅火機器人控制器進行重新設計，尋求一種經濟適用的能夠在現實中的使用快速兩輪滅火機器人伺服系統。
【發明內容】
[0017]本發明主要解決的技術問題是提供一種基于兩輪高速全自動滅火機器人的雙核伺服控制系統，具有可靠性能高、定位精確、轉位速度快等優點，同時在多軸機器人的應用及普及上有著廣泛的市場前景。
[0018]為解決上述技術問題，本發明采用的一個技術方案是:
提供一種基于兩輪高速全自動滅火機器人的雙核伺服控制系統，其包括:雙核控制單元、電壓傳感器、電池、運動電機、三軸加速度計傳感器、陀螺儀、方向傳感器、單軸吸附控制直流電機、升降直流電機、圖像采集器、單軸真空吸附裝置和6個超聲波傳感器單元，
所述雙核控制單元包括STM32F407控制器和FPGA控制器，所述STM32F407控制器與所述FPGA控制器相連接，
所述升降直流電機上設置有干冰滅火器，所述單軸吸附控制直流電機上連接有單軸真空吸附裝置，所述單軸真空吸附裝置上連接有用于防止滅火機器人打滑的真空吸盤，
所述超聲波傳感器單元包括前方探測單元、左方探測單元和右方探測單元，
所述雙核控制單元發送PWM波控制信號，所述運動電機、所述單軸吸附控制直流電機和所述升降直流電機分別收到對應的PWM波控制信號，
所述雙核控制單元分別與所述電池、所述電壓傳感器、所述運動電機、所述三軸加速度計傳感器、所述陀螺儀和所述方向傳感器、所述單軸吸附控制直流電機、所述升降直流電機、所述圖像采集器、所述超聲波傳感器單元相連接。
[0019]在本發明一個較佳實施例中，所述的處理器的內部還設置有上位機程序系統和運動控制程序系統，所述上位機程序系統包括房間探索模塊、房間存儲模塊、路徑讀取模塊、人機界面模塊和在線輸出模塊，所述的運動控制系統包括基于FPGA四軸同步直流混合伺服控制模塊、坐標定位模塊、I/O控制模塊和圖像采集模塊，所述基于FPGA四軸同步直流混合伺服控制模塊包括基于兩軸直流無刷電機滅火機器人搜尋伺服控制模塊、單軸真空吸盤吸附伺服控制模塊和滅火器單軸升降伺服控制模塊。
[0020]在本發明一個較佳實施例中，還包括分別用于控制滅火機器人車輪的直流無刷電機X和直流無刷電機Y，所述直流無刷電機X和所述直流無刷電機Y分別接收所述雙核控制單元發出的2個對應的PffM波控制信號。
[0021]在本發明一個較佳實施例中，滅火機器人的左輪與所述直流無刷電機X相連接，滅火機器人的右輪與所述直流無刷電機Y相連接。
[0022]在本發明一個較佳實施例中，還包括用于采集火源信息的光電采集器，所述光電采集器與所述雙核控制單元相連接。
[0023]在本發明一個較佳實施例中，所述前方探測單元包括第一傳感器和第六傳感器。
[0024]在本發明一個較佳實施例中，所述左方探測單元包括第二傳感器和第三傳感器。
[0025]在本發明一個較佳實施例中，所述右方探測單元包括第四傳感器和第五傳感器。
[0026]在本發明一個較佳實施例中，所述的電池采用鋰離子電池。
[0027]在本發明一個較佳實施例中，還包括第一電流傳感器和第二電流傳感器，所述雙核控制單元通過電機光電編碼器分別與所述第一電流傳感器和所述第二電流傳感器相連接。
[0028]本發明的有益效果是:通過使用STM32F407+FPGA雙核控制器，大大的提高了機器人的計算效率，而且利用單軸真空吸附裝置達到滅火機器人防滑效果，從而在提高滅火機器人動作的速度的同時又保證了精確性，使得滅火機器人的控制系統更加的可靠有效。
【附圖說明】
[0029]為了更清楚地說明本發明實施例中的技術方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其它的附圖，其中:
圖1為滅火機器人房間示意圖；
圖2為基于單片機控制的兩輪滅火機器人原理圖；
圖3為基于兩輪高速全自動滅火機器人的二維結構圖；
圖4為基于STM32F407+FPGA兩輪全自動滅火機器人的原理圖；
圖5為基于兩輪高速全自動滅火機器人的雙核伺服控制系統框圖；
圖6為滅火機器人運行方向示意圖；
圖7為滅火機器人右轉示意圖；
圖8為滅火機器人左轉示意圖。
【具體實施方式】
[0030]下面將對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅是本