一種全自動四輪低速滅火機(jī)器人伺服控制器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及機(jī)器人控制器領(lǐng)域，特別是涉及一種全自動四輪低速滅火機(jī)器人伺服控制器。
【背景技術(shù)】
[0002]滅火機(jī)器人是一中模擬現(xiàn)實生活中人類發(fā)現(xiàn)有害火源并能夠自動熄滅火源的一種新型智能機(jī)器人。一般情況下，比賽型滅火機(jī)器人能夠在一間平面結(jié)構(gòu)房子模型里運動，在操作規(guī)則指導(dǎo)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(xiàn)實家庭中機(jī)器人處理火警的過程。蠟燭代表家里燃起的火源，機(jī)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(huán)境所決定。蠟燭將隨機(jī)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(jī)器人能發(fā)現(xiàn)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(biāo)準(zhǔn)模式，最常采用的是8*8格的均勻模式，其比賽場地二維結(jié)構(gòu)如圖2所示，滅火機(jī)器人將在64格房間里尋找火源并熄滅。在圖2的二維搜尋火源地圖中，墻的材料是木質(zhì)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(jī)器人可能用泡沫，粉末或者其他的物質(zhì)來熄滅蠟燭的火焰。由于每一個機(jī)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(jī)器人必須在沒有人的干預(yù)下自己控制導(dǎo)航，而非人工控制，為了考驗滅火機(jī)器人在搜尋火源過程中的穩(wěn)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(jī)器人大致分為以下幾個部分:
O電機(jī):執(zhí)行電機(jī)是滅火機(jī)器人的動力源，它根據(jù)微處理器的指令來執(zhí)行滅火機(jī)器人在二維平面上行走的相關(guān)動作。
[0005]2)算法:算法是滅火機(jī)器人的靈魂。滅火機(jī)器人必須采用一定的智能算法才能準(zhǔn)確快速的從一個房間到達(dá)另外一個房間的運動，然后發(fā)現(xiàn)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(jī)器人的核心部分，是滅火機(jī)器人的大腦。滅火機(jī)器人所有的信息，包括房間墻壁信息，火源位置信息，和電機(jī)狀態(tài)信息等都需要經(jīng)過微處理器處理并做出相應(yīng)的判斷。
[0007]滅火機(jī)器人結(jié)合了多學(xué)科知識，對于提升在校學(xué)生的動手能力、團(tuán)隊協(xié)作能力和創(chuàng)新能力，促進(jìn)學(xué)生課堂知識的消化和擴(kuò)展學(xué)生的知識面都非常有幫助。國內(nèi)研發(fā)此機(jī)器人的單位較多，但是研發(fā)的機(jī)器人比較落后，研發(fā)的滅火機(jī)器人結(jié)構(gòu)如圖1，長時間運行發(fā)現(xiàn)存在著很多安全問題，即:
(I)作為滅火機(jī)器人的執(zhí)行機(jī)構(gòu)采用的多是步進(jìn)電機(jī)，經(jīng)常會遇到丟失脈沖造成電機(jī)失步現(xiàn)象發(fā)生，導(dǎo)致對位置的記憶出現(xiàn)錯誤，滅火機(jī)器人無法尋求到火源，或者是滅火后機(jī)器人無法回到起始點，
(2)由于采用步進(jìn)電機(jī)，使得機(jī)體發(fā)熱比較嚴(yán)重，有的時候需要進(jìn)行加裝散熱裝置，使得機(jī)器人整體重量增加，
(3)由于采用步進(jìn)電機(jī)，使得系統(tǒng)運轉(zhuǎn)的機(jī)械噪聲大大增加，不利于環(huán)境保護(hù)，
(4)由于采用步進(jìn)電機(jī)，使得系統(tǒng)一般不適合在速度較高的場合運行，低速運動時容易產(chǎn)生振動，有時候可能會接觸墻壁，導(dǎo)致尋找火源失敗，
(5)由于滅火機(jī)器人要頻繁的剎車和啟動，加重了單片機(jī)的工作量，單一的單片機(jī)無法滿足滅火機(jī)器人快速啟動和停止的要求，
(6)相對采用的都是一些體積比較大的插件元器件，使得滅火機(jī)器人控制系統(tǒng)占用較大的空間，重量相對都比較重，
(7)由于受周圍環(huán)境不穩(wěn)定因素干擾，單片機(jī)控制器經(jīng)常會出現(xiàn)異常，引起滅火機(jī)器人失控，抗干擾能力較差，
(8)對于兩輪滅火機(jī)器人尋找火源過程來說，一般要求其兩個電機(jī)的PWM控制信號要同步，由于受單片機(jī)計算能力的限制，單一單片機(jī)伺服系統(tǒng)很難滿足這一條件，使得滅火機(jī)器人行走導(dǎo)航很難控制，特別是對于快速行走時情況更糟糕，
(9)在實際滅火過程中，火源未必處在房間格的中心，導(dǎo)致滅火機(jī)器人的行走方向與火源之間有一個夾角，導(dǎo)致滅火消費了大量的干冰，有時候可能會無法熄滅火源，
(10)在實際滅火過程中，由于蠟燭的燃燒，其高度也在發(fā)生變化，這與現(xiàn)實中的火源也非常相似，但是一般的滅火機(jī)器人攜帶的干冰滅火器的噴嘴高度是固定的，導(dǎo)致無法有效的撲滅火源，
(11)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(dǎo)致滅火探尋失敗，無法完成任務(wù)。
[0008]相對于兩輪承載結(jié)構(gòu)，四輪結(jié)構(gòu)具有承載能力更強(qiáng)、移動速度快、控制性能優(yōu)異、工作效率高等優(yōu)點。為了能夠更好的提高滅火機(jī)器人對復(fù)雜環(huán)境的適應(yīng)能力，可用四輪結(jié)構(gòu)替代原有的兩輪結(jié)構(gòu)，因此，需要對現(xiàn)有的基于單片機(jī)控制的兩輪滅火機(jī)器人控制器進(jìn)行重新設(shè)計，尋求一種經(jīng)濟(jì)適用的能夠在現(xiàn)實中的使用低速全自動四輪滅火機(jī)器人伺服系統(tǒng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明主要解決的技術(shù)問題是提供一種全自動四輪低速滅火機(jī)器人伺服控制器，在基于STM32F407的控制器中引入真空吸附技術(shù)，同時引入加速度計傳感器進(jìn)行二次姿態(tài)校正，此控制器充分考慮電池在這個系統(tǒng)的作用，把控制系統(tǒng)中工作量最大的六軸伺服系統(tǒng)交給STM32F407處理，充分發(fā)揮STM32F407數(shù)據(jù)處理速度相對較快的特點，從而快速實現(xiàn)滅火機(jī)器人人機(jī)界面、房間讀取、房間存儲、坐標(biāo)定位、I/O控制、圖形采集、火源發(fā)現(xiàn)及滅火等功能，在全自動四輪低速滅火機(jī)器人伺服控制器的普及上有著廣泛的市場前景。
[0010]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種全自動四輪低速滅火機(jī)器人伺服控制器，包括:供電裝置、STM32F407芯片傳感組件、圖像采集組件、三軸加速度計傳感器和電機(jī)組件，
所述供電裝置電性連接所述STM32F407芯片，所述傳感組件、所述圖像采集組件、所述三軸加速度計傳感器均通訊連接所述STM32F407芯片，所述STM32F407芯片通過所述三軸加速度計傳感器反饋的滅火機(jī)器人的加速度積分和二次積分得出速度信息、位置信息以便進(jìn)行位置補(bǔ)償，所述STM32F407芯片的輸出端通訊連接并驅(qū)動控制所述電機(jī)組件，所述電機(jī)組件包括微型電機(jī)和升降電機(jī)，所述微型電機(jī)連接有真空抽吸裝置和微型真空吸盤，所述微型電機(jī)通過所述真空抽吸裝置抽吸所述微型真空吸盤內(nèi)的空氣，使所述微型真空吸盤產(chǎn)生內(nèi)外壓力差形成負(fù)壓，以增加吸附能力、防止打滑，所述升降電機(jī)連接有滅火裝置，
所述傳感組件包括光電傳感器，所述圖像采集模塊通訊連接所述光電傳感器的輸出端，當(dāng)所述光電傳感器感應(yīng)到火源信號后觸發(fā)開啟所述圖像采集模塊。
[0011 ] 在本發(fā)明一個較佳實施例中，所述供電裝置為鋰電池。
[0012]在本發(fā)明一個較佳實施例中，所述傳感組件還包括第一傳感器、第二傳感器、第三傳感器、第四傳感器、第五傳感器和第六傳感器，所述第一傳感器、第二傳感器、第三傳感器、第四傳感器、第五傳感器、第六傳感器均為超聲波傳感器。
[0013]在本發(fā)明一個較佳實施例中，所述第一傳感器與所述第六傳感器配合使用感應(yīng)判斷前方的障礙，所述第二傳感器與所述第三傳感器配合使用感應(yīng)判斷左方的障礙，所述第四傳感器與所述第五傳感器配合使用感應(yīng)判斷右方的障礙，所述第二傳感器與所述第三傳感器在不同位置精確測量到房間左側(cè)從有擋墻到無擋墻或者無擋墻到有擋墻的變化，所述第四傳感器與所述第五傳感器在不同位置精確測量到房間右側(cè)從有擋墻到無擋墻或者無擋墻到有擋墻的變化，并將所述信號傳送至所述STM32F407芯片進(jìn)行精確補(bǔ)償。
[0014]在本發(fā)明一個較佳實施例中，所述電機(jī)組件還包括前左輪電機(jī)、前右輪電機(jī)、后左輪電機(jī)和后右輪電機(jī)，所述前左輪電機(jī)、前右輪電機(jī)、后左輪電機(jī)和后右輪電機(jī)分別連接控制所述滅火機(jī)器人的前左輪、前右輪、后左輪和后右輪的運動。
[0015]在本發(fā)明一個較佳實施例中，所述前左輪電機(jī)、前右輪電機(jī)、后左輪電機(jī)、后右輪電機(jī)、微型電機(jī)和升降電機(jī)均為直流無刷電機(jī)。
[0016]在本發(fā)明一個較佳實施例中，還包括光電編碼器，所述光電編碼器分別設(shè)置在所述前左輪電機(jī)、前右輪電機(jī)、后左輪電機(jī)、后右輪電機(jī)、微型電機(jī)和升降電機(jī)上。
[0017]在本發(fā)明一個較佳實施例中，所述電機(jī)組件與所述STM32F407芯片之間設(shè)置有信號放大裝置。
[0018]在本發(fā)明一個較佳實施例中，所述STM32F407芯片驅(qū)動所述電機(jī)組件的信號均為PffM波控制信號。
[0019]在本發(fā)明一個較佳實施例中，所述STM32F407芯片的內(nèi)部還設(shè)置有上位機(jī)系統(tǒng)和運動控制系統(tǒng)，所述上位機(jī)系統(tǒng)包括房間探索模塊、房間存儲模塊、路徑讀取模塊、人機(jī)界面模塊和在線輸出模塊，所述運動控制系統(tǒng)包括六軸同步直流無刷和直流混合伺服控制模塊、坐標(biāo)定位模塊、I/O控制模塊和圖像采集模塊，其中，所述六軸同步直流無刷和直流混合伺服控制模塊包括基于四軸直流無刷電機(jī)滅火機(jī)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。