[实用新型]基于双核四轮微电脑鼠及其全数字伺服控制器

说明书

技术领域

本实用新型涉及微型机器人领域，尤其涉及一种基于双处理器的四轮微电脑鼠及其伺服控制器。 

背景技术

微电脑鼠是使用嵌入式微控制器、传感器和机电运动部件构成的一种智能行走机器人，在国外已经竞赛了将近30年，由其原理可以转化为多种实际的工业机器人，近几年内才引进国内，并逐渐成为一个新兴的竞赛项目。微电脑鼠可以在不同迷宫中自动记忆和选择路径，采用相应的算法，快速地到达所设定的目的地。一只优秀的微电脑鼠必须具备良好的感知能力，有良好的行走能力，优秀的智能算法，一只完整的微电脑鼠在大体分为以下几个部分： 

1）传感器：传感器是微电脑鼠的眼睛，是微电脑鼠准确获取外部环境信息的依据，然后把外界信息输送到微处理器进行各种条件判断。

2）电机：执行电机是微电脑鼠的动力源，它根据微处理器的指令来执行微电脑鼠在迷宫中行走时的相关动作。 

3）算法：算法是微电脑鼠的灵魂。微电脑鼠必须采用一定的智能算法才能找到终点，才能找到一条最短的路径，在最短的时间内到达终点。 

4）微处理器：微处理器是微电脑鼠的核心部分，是微电脑鼠的大脑。微电脑鼠所有的信息，包括墙壁信息，位置信息，角度信息和电机状态信息等都需要经过微处理器处理并做出相应的判断。 

电脑鼠结合了多学科知识，对于提升在校学生的动手能力、团队协作能力和创新能力，促进学生课堂知识的消化和扩展学生的知识面都非常有帮助。电脑鼠走迷宫技术的开展可以培养大批相关领域的人才，进而促进相关领域的技术发展和产业化进程。但是微电脑鼠在迷宫当中要时刻判断周围的环境，然后传输参数到控制器，由控制器反复控制其在迷宫的方格当中精确的加速和减速，稍不小心微电脑鼠就会撞到周围的迷宫挡墙，使得探索或者是冲刺失败，因此，对以微电脑鼠系统来说基于单片机的伺服系统性能是决定其胜败的关键，但是由于国内研发此机器人的单位较少，对国际规则读取水平较低，相对研发水平比较落后，研发的微电脑鼠结构如图1，长时间运行发现存在着很多安全问题，即： 

（1）作为微电脑鼠的眼睛采用的是超声波或者是一般的红外传感器，使得微电脑鼠对周围迷宫的探索存在一定的误判。

（2）作为微电脑鼠的执行机构采用的是步进电机，经常会遇到丢失脉冲的问题出现，导致对位置的记忆出现错误。 

（3）由于采用步进电机，使得机体发热比较严重，不利于在大型复杂迷宫中探索和冲刺。 

（4）由于微电脑鼠伺服系统采用都是比较低级的算法，在迷宫当中的探索一般都要花费4~5分钟的时间，这使得在真正的大赛中无法取胜。 

（5）由于微电脑鼠要频繁的刹车和启动，加重了单片机的工作量，单一的单片机无法满足微电脑鼠快速启动和停止的要求。 

（6）相对采用的都是一些体积比较大的插件元器件，使得微电脑鼠的体积和重量相对都比较大，无法满足快速探索的要求。 

（7）由于受周围环境不稳定因素干扰，单片机控制器经常会出现异常，引起微电脑鼠失控，抗干扰能力较差。 

（8）对于差速控制的微电脑鼠来说，一般要求其两个电机的PWM控制信号要同步，由于受计算能力的限制，单一单片机伺服系统很难满足这一条件，使得微电脑鼠在直道上行驶时不能准确的行走在中线上，为了保证微电脑鼠的准确定位，伺服系统要来回的补偿，使得微电脑鼠在迷宫当中摇摆幅度较大，特别是对于快速行走时。 

（9）由于受单片机容量和算法影响，微电脑鼠对迷宫的信息没有存储，当遇到掉电情况时所有的信息将消失，这使得整个探索过程要重新开始。 

（10）微电脑鼠在运行过程中，一定遇到撞墙情况都会发生电机堵转情况，造成电机瞬间电流过大，严重时烧坏电机。 

（11）由于受单片机容量影响，现有的微电脑鼠基本上都只有两个动力驱动轮，采用两轮差速方式行驶，使得系统对两轴的伺服要求较高，特别是直线导航时，要求速度和加速度要追求严格的一致，否则直线导航将会失败，导致微电脑鼠出现撞墙的现象发生； 

（12）两轮微电脑鼠系统在加速时由于重心后移，使得老鼠前部轻飘，即使在良好的路面上微电脑鼠也会打滑，有可能导致撞墙的现象出现，不利于高速微电脑鼠的发展。

（13）两轮微电脑鼠系统在正常行驶时如果设计不当造成重心前偏，将导致驱动轮上承受的正压力减小，这时微电脑鼠系统更加容易打滑，也更容易走偏，导致导航失败。