控制器關閉圖像采集系統；FPGA自動調整直流無刷電機X和直流無刷電機Y的PffM波控制信號，使得電機X反轉，電機Y正轉，在加速度計Al、陀螺儀Gl和方向傳感器Dl控制下滅火機器人開始原地旋轉，并恢復到剛入宮的位置；
如果光電傳感器S7沒有捕捉到新坐標下的光源，滅火機器人將離開目前房間格，將繼續搜尋并更新其坐標；
13)當滅火機器人搜到光源，并噴灑干冰完成滅火后，滅火機器人會停在目標點，然后控制器調出滅火機器人已經搜索的路徑，并舍棄未搜尋的目標，通過洪水算法找出已經搜尋過房間的最佳路徑，然后滅火機器人按照此路徑快速回到搜尋起點；
14)在滅火機器人行走過程總，FPGA實時檢測滅火機器人的行走速度，并根據地面情況系統會自動調節電機M加大真空吸盤對地面的吸附能力。
[0068]15)在滅火機器人房間搜尋過程中，FPGA會對高速直流無刷電機X、無刷直流電機Y、直流電機M、直流電機E的轉矩進行在線辨識，由于系統采用的是三閉環伺服控制，如果轉矩出現脈動，FPGA會利用直流電機力矩與電流的關系對干擾進行線性補償，有效減少了電機轉矩抖動對滅火機器人快速探索時導航的影響，增加了其抗干擾能力。
[0069]16)當滅火機器人完成整個返程過程回到起始點(0，0)，STM32F407將控制FPGA使得滅火機器人中心點停車，并重新調整FPGA驅動信號，使得直流無刷電機X和直流無刷電機Y以相反的方向運動，滅火機器人在加速度計傳感器Al、陀螺儀Gl和方向傳感器Dl的控制下，原地旋轉180度，原地自鎖，等待下一個搜尋命令。
[0070]本發明基于兩輪高速全自動滅火機器人的雙核伺服控制系統的有益效果是:
1、在運動過程中，充分考慮了電池在這個系統中的作用，基于STM32F407+FPGA控制器時刻都在對滅火機器人的運行狀態進行監測和運算，并且在電池提供電源的過程中，電流傳感器Cl、C2時刻對電池的電流進行觀測并送給控制器進行保護，避免了大電流的產生，所以從根本上解決了大電流對鋰離子電池的沖擊，避免了由于大電流放電而引起的鋰離子電池過度老化現象的發生。
[0071]2、用無刷直流電機替代了步進電機，使得電機無機械摩擦，無磨損，無電火花，且免維護，而且無刷直流電機的效率高，功率和轉矩密度高，使得系統的效率更高。
[0072]3:由FPGA處理滅火機器人的兩只直流無刷電機X和直流無刷電機Y、單軸吸附控制直流電機M、滅火器升降電機E的伺服控制，使得控制比較簡單，大大提高了運算速度，解決了單片機軟件運行較慢的瓶頸，縮短了開發周期短，并且程序可移植能力強。
[0073]4:本發明基本實現全貼片元器件材料，實現了單板控制，不僅節省了控制板占用空間，而且有利于滅火機器人體積和重量的減輕。
[0074]5:由于采用直流無刷電機，使得系統帶載能力更強，調速范圍比較寬，調速比較平
Ho
[0075]6:由于本控制器采用FPGA處理四軸伺服大量的數據與算法，有效地防止了程序的“跑飛”，抗干擾能力大大增強。
[0076]8:在滅火機器人實際運動過程中，FPGA可以根據機器人外圍運行情況適時調整其內部伺服控制的PID參數，實現分段P、ro、PID控制和非線性PID控制，使系統滿足高速運行時速度的切換。
[0077]9、在此滅火機器人系統引入了三軸加速度計Al、陀螺儀Gl和方向傳感器D1，實時得到滅火機器人的加速度、速度和角度信息，實現了滅火機器人在房間探索時的瞬時加速度、速度和角度的直接檢測，并利用反饋實現全程導航和二次補償，有利于提高滅火機器人的穩定性和動態性能。
[0078]10:在滅火機器人運行過程中，FPGA會對高速直流無刷電機X、直流無刷電機Y、直流電機M和直流電機E的轉矩進行在線辨識并利用電機力矩與電流的關系進行補償，減少了電機轉矩抖動對滅火機器人快速探尋火源的影響。
[0079]11:通過調節直流電機M可以有效調節真空吸盤對地面的吸附力，消除了滅火機器人在高速探尋火源時打滑現象的發生。
[0080]12:由FPGA根據探索火源的速度、加速度要求把外界偏差轉化為各個電機控制的位置、速度和加速度給定，再結合光電編碼器和電流傳感器的反饋輸出PWM調制信號和方向信號，極大提高了運算速度。
[0081]13:圖像采集的加入可以有效捕捉火源，減少外界干擾對機器人的誤操作。
[0082]14:調節無刷電機X和無刷電機Y的運動方向相反，通過方向傳感器可以得到滅火機器人旋轉的角度，使得機器人攜帶的滅火器與火源處于一條直線上，可以有效熄滅火源。
[0083]15:通過調整電機E的伺服控制可以調整滅火器的高度，使得滅火器噴嘴與火源中心高度一致，有利于有效撲滅火源。
[0084]以上所述僅為本發明的實施例，并非因此限制本發明的專利范圍，凡是利用本發明說明書內容所作的等效結構或等效流程變換，或直接或間接運用在其它相關的技術領域，均同理包括在本發明的專利保護范圍內。
【主權項】
1.一種基于兩輪高速全自動滅火機器人的雙核伺服控制系統，其特征在于，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。2.根據權利要求1所述的基于兩輪高速全自動滅火機器人的雙核伺服控制系統，其特征在于，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。3.根據權利要求1所述的基于兩輪高速全自動滅火機器人的雙核伺服控制系統，其特征在于，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。4.根據權利要求3所述的基于兩輪高速全自動滅火機器人的雙核伺服控制系統，其特征在于，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。5.根據權利要求1所述的基于兩輪高速全自動滅火機器人的雙核伺服控制系統，其特征在于，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。6.根據權利要求1所述的基于兩輪高速全自動滅火機器人的雙核伺服控制系統，其特征在于，所述前方探測單元包括第一傳感器和第六傳感器。7.根據權利要求1所述的基于兩輪高速全自動滅火機器人的雙核伺服控制系統，其特征在于，所述左方探測單元包括第二傳感器和第三傳感器。8.根據權利要求1所述的基于兩輪高速全自動滅火機器人的雙核伺服控制系統，其特征在于，所述右方探測單元包括第四傳感器和第五傳感器。9.根據權利要求1所述的基于兩輪高速全自動滅火機器人的雙核伺服控制系統，其特征在于，所述的電池采用鋰離子電池。10.根據權利要求1所述的基于兩輪高速全自動滅火機器人的雙核伺服控制系統，其特征在于，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。
【專利摘要】本發明公開了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，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、陀螺儀和方向傳感器、單軸吸附控制直流電機、升降直流電機、圖像采集器和超聲波傳感器單元。通過上述方式，本發明基于兩輪高速全自動滅火機器人的雙核伺服控制系統，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。
【IPC分類】A62C37/00
【公開號】CN105169610
【申請號】
【發明人】張好明, 楊銳敏
【申請人】銅陵學院
【公開日】2015年12月23日
【申請日】2015年8月24日