专利汇可以提供基于ARM9的四轮微电脑鼠冲刺控制器专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 公开了一种基于ARM9的四轮微电脑鼠冲刺 控制器 ,包括:主控制单元、第一L298N芯片、第二L298N芯片、第一运动单元、第二运动单元、第三运动单元、第四运动单元和电源,所述电源与所述主控制单元电性连接,所述主控制单元为ARM9处理器,所述ARM9处理器与所述第一L298N芯片、第二L298N芯片电性连接。通过上述方式,本发明基于ARM9的四轮微电脑鼠冲刺控制器具有误干扰率低、控制简单、 稳定性 好、动态性能佳、抗干扰能 力 强、系统调试简单等优点,在微电脑鼠冲刺控制器的普及上有着广泛的市场前景。,下面是基于ARM9的四轮微电脑鼠冲刺控制器专利的具体信息内容。
1.一种基于ARM9的四轮微电脑鼠冲刺控制器,其特征在于,包括:主控制单元、第一L298N芯片、第二L298N芯片、第一运动单元、第二运动单元、第三运动单元、第四运动单元和电源,所述电源与所述主控制单元电性连接,所述主控制单元为ARM9处理器,所述ARM9处理器与所述第一L298N芯片、第二L298N芯片电性连接,所述第一L298N芯片分别电性连接所述第一运动单元和第二运动单元,所述第二L298N芯片分别电性连接所述第三运动单元和第四运动单元,所述第一运动单元、第二运动单元、第三运动单元、第四运动单元均连接有光电编码器,所述电源为锂离子电池,
所述基于ARM9的四轮微电脑鼠冲刺控制器的工作原理为:
1)在微电脑鼠未接到冲刺命令之前,它一般会在起点坐标(0,0)等待控制器发出的冲刺命令,并调出已经探索后的最优迷宫,一旦接到冲刺命令后,会沿着起点开始快速向终点(7,7)、(7,8)、(8,7)、(8,8)冲刺;
2)微电脑鼠放在起点坐标(0,0),接到任务后为了防止放错冲刺方向,其前方的传感器S1、S6和会对前方的环境进行判断,确定有没有挡墙进入运动范围,如存在挡墙将向ARM9发出中断请求,ARM9会对中断做第一时间响应,然后禁止L298N的使能端ENA和ENB工作,封锁微电脑鼠的电机X、电机Y、电机Z和电机R的PWM驱动信号,使其静止在原地,然后二次判断迷宫确定前方信息,防止信息误判;如果没有挡墙进入前方的运动范围,微电脑鼠将进行正常的冲刺;
3)在微电脑鼠沿着Y轴向前快速冲刺过程中如果迷宫信息中显示前方有Z格直线坐标下没有挡墙进入前方的运动范围,微电脑鼠将存储其现在的坐标(X,Y),处理器把向前运动Z格的位置参数传递给ARM9,ARM9根据此位置参数,计算出速度参数以及加速度参数,形成此时条件下的速度-时间梯形图,由于直流电机的速度和电压成正比例,根据这个梯形图结合光电编码器和电流传感器的反馈就可以生成控制左右轮直流电机的PWM波,然后ARM9使能前驱和后驱的两片驱动芯片L298N,通过调整两片L298N管脚OUT1、OUT2和OUT3、OUT4的电平,启动电机X、电机Y、电机Z和电机R,使系统按照预设的速度-时间运动图进入加速阶段,直到系统到达设定直线冲刺速度,并通过光电编码器记录下微电脑鼠已经运行的距离S1;
然后ARM9禁止前驱的驱动芯片L298N使能,系统释放电机Z和电机R,微电脑鼠进入后驱方式,电机X和电机Y以设定的直线冲刺速度到达指定位置S1+S2,然后系统使能前驱的驱动芯片L298N,使电机X、电机Y、电机Z和电机R以相同的加速度驱动微电脑鼠开始减速,当速度为零时到达设定目标S1+S2+S1,将更新其坐标为(X,Y+Z),为了快速冲刺需要,在其向前运动过程到达既定目标时,在Y+Z<15的前提下,判断其坐标是不是(7,7)、(7,8)、(8,7)、(8,8)其中的一个,如果不是将继续更新其坐标,如果是的话通知控制器已经冲刺到目标,然后置返航探索标志为1,冲刺标志为0,微电脑鼠准备冲刺后的二次返程探索,去搜寻更优的迷宫路径;
4)在微电脑鼠沿着Y轴反向向前快速冲刺过程中如果迷宫信息中显示前方有Z格直线坐标下没有挡墙进入前方的运动范围,微电脑鼠将存储其现在的坐标(X,Y),处理器把向前运动Z格的位置参数传递给ARM9,ARM9根据此位置参数,计算出速度参数以及加速度参数,形成此时条件下的速度时间梯形图,由于直流电机的速度和电压成正比例,根据这个梯形图结合光电编码器和电流传感器的反馈就可以生成控制左右轮直流电机的PWM波,然后ARM9使能前驱和后驱的两片驱动芯片L298N,通过调整两片L298N管脚OUT1、OUT2和OUT3、OUT4的电平,启动电机X、电机Y、电机Z和电机R,使系统进入加速阶段,直到系统到达设定直线冲刺速度,并通过光电编码器记录下微电脑鼠已经运行的距离S1;然后ARM9禁止前驱的驱动芯片L298N使能,系统释放电机Z和电机R,微电脑鼠进入后驱方式,电机X和电机Y以设定的直线冲刺速度到达指定位置S1+S2,然后系统使能前驱的驱动芯片L298N,使电机X、电机Y、电机Z和电机R以相同的加速度驱动微电脑鼠开始减速,当速度为零时到达设定目标S1+S2+S1,将更新其坐标为(X,Y-Z),为了快速冲刺需要,在其向前运动过程到达既定目标时,在Y-Z<15的前提下,判断其坐标是不是(7,7)、(7,8)、(8,7)、(8,8)其中的一个,如果不是将继续更新其坐标,如果是的话通知控制器已经冲刺到目标,然后置返航探索标志为1,冲刺标志为0,微电脑鼠准备冲刺后的二次返程探索,去搜寻更优的迷宫路径;
5)在微电脑鼠沿着Y轴向前运动过程中如果有挡墙进入前方的运动范围,并且此时迷宫信息中左方有挡墙时,微电脑鼠将存储此时坐标(X,Y),然后进入预设的曲线运动轨迹,在右冲刺转弯时,控制器把此时的速度和离中心点A的距离传输给ARM9,ARM9根据当前的速度和冲刺时间要求并结合结合光电编码器和电流传感器的反馈使能前驱和后驱的驱动芯片L298N,使电机X、电机Y、电机Z和电机R以相同的加速度进行减速,当微电脑鼠到达迷宫中心点时,传感器参考值R90_FrontWallRef开始工作,防止外界干扰开始做误差补偿,保证微电脑鼠处在当前迷宫方格的中心,此时电机X、电机Y、电机Z和电机R速度降为0,ARM9通过调整两片L298N管脚OUT1、OUT2和OUT3、OUT4的电平,使左侧轮正转,右侧轮反转,板载陀螺仪使微电脑鼠原地右转90度,然后以当前的速度加速,当电机X、电机Y、电机Z和电机R到达设定直线冲刺速度时,禁止前驱的驱动芯片L298N使能,释放电机Z和电机R,使电机X和电机Y以相同的冲刺速度冲出迷宫,此时将更新其坐标为(X+1,Y),在X+1<15的前提下,判断其坐标是不是(7,7)、(7,8)、(8,7)、(8,8)其中的一个,如果不是将继续更新其坐标,如果是的话通知控制器已经冲刺到目标,然后置返航探索标志为1,冲刺标志为0,微电脑鼠准备冲刺后的二次返程探索,去搜寻更优的迷宫路径;
6)在微电脑鼠沿着Y轴向前运动过程中如果有迷宫挡墙进入前方的运动范围,并且此时迷宫信息中右方有挡墙时,微电脑鼠将存储此时坐标(X,Y),然后进入预设的曲线运动轨迹,在左冲刺转弯时,控制器把此时的速度和离中心点A的距离传输给ARM9,ARM9根据当前的速度和冲刺时间要求结合光电编码器和电流传感器的反馈使能前驱和后驱的驱动芯片L298N,使电机X、电机Y、电机Z和电机R以相同的加速度进行减速,当微电脑鼠到达迷宫中心点时,传感器参考值L90_FrontWallRef开始工作,防止外界干扰开始做误差补偿,保证微电脑鼠处在当前迷宫方格的中心,此时电机X、电机Y、电机Z和电机R速度降为0,ARM9通过调整两片L298N管脚OUT1、OUT2和OUT3、OUT4的电平,使右侧轮正转,左侧轮反转,板载陀螺仪使微电脑鼠原地左转90度,然后以当前的速度加速,当电机X、电机Y、电机Z和电机R到达设定直线冲刺速度时,禁止前驱的驱动芯片L298N使能,释放电机Z和电机R,使电机X和电机Y以相同的冲刺速度冲出迷宫,此时将更新其坐标为(X-1,Y),在X-1<15的前提下,判断其坐标是不是(7,7)、(7,8)、(8,7)、(8,8)其中的一个,如果不是将继续更新其坐标,如果是的话通知控制器已经冲刺到目标,然后置返航探索标志为1,冲刺标志为0,微电脑鼠准备冲刺后的二次返程探索,去搜寻更优的迷宫路径;
7)当微电脑鼠冲刺到达(7,7)、(7,8)、(8,7)、(8,8)后会准备冲刺后的返程探索以便搜寻更优的路径,控制器会调出其已经存储的迷宫信息,然后计算出可能存在的其它最佳路径,然后返程开始进入其中认为最优的一条;
8)为了能够实现微电脑鼠快速冲刺准确的坐标计算功能,微电脑鼠左右的传感器S2、S3和S4、S5会时刻对周围的迷宫挡墙和柱子进行探测,如果S2、S3或者S4、S5发现传感器信号发生了跃变,则说明微电脑鼠进入了迷宫挡墙和柱子的交接点,此时侧面传感器S2或者是S5会精确探测这一时刻,当再次出现跃变时,说明老鼠已经开始离开当前的迷宫格子,ARM9会根据微电脑鼠当前运行的距离进行计算并根据对传感器反馈信息进行补偿,在高速直流电机X轴、Y轴、电机Z和电机R上加入了512线的光电编码器,由于精度较高,使得微电脑鼠的坐标计算不会出现错误,保证了微电脑鼠快速冲刺迷宫信息的准请性;
9)在微电脑鼠进入迷宫返程探索时,其导航的传感器S1、S2、S3、S4、S5、S6将工作,并把反射回来的光电信号送给ARM9,经ARM9运算后确定现在迷宫所处位置,然后由ARM9根据当前迷宫生成PWM波和送控制信号给L298N:如果进入已经搜索的区域将加大PWM波的占空比,使微电脑鼠进行快速前进,减少迷宫搜索的时间;如果是未知返回区域则采用正常速度搜索,并时刻更新其坐标(X,Y),并判断其坐标是不是(0,0),如果是的话置返航探索标志为0,微电脑鼠进入冲刺阶段,并置冲刺标志为1;
10)在微电脑鼠运动过程中,如果系统出现了干扰,ARM9会根据当前状态对电流加以补偿,快速调整电流环的PID参数,使得系统快速稳定下来,防止高速冲刺时干扰对系统的影响;
11)在微电脑鼠快速冲刺过程中,电池提供的瞬时功率是一定的,在冲刺速度一定的条件下,加速度越大时,需要的力矩就越大,此时需要电池提供的电流就越大,为了保护电池,加入了硬件保护,否则将严重伤害电池;
12)为了能够减少光源对微电脑鼠冲刺的干扰,加入了光电传感器S8,此传感器会在微电脑鼠冲刺阶段对周围的异常光源进行读取,并自动送给控制器做实时补偿,消除了外界光源对冲刺的干扰;
13)当微电脑完成整个冲刺过程到达(7,7)、(7,8)、(8,7)、(8,8),微电脑鼠会置探索标志为1,微电脑鼠返程探索回到起始点(0,0),ARM9将控制两片L298N的电平输出使得微电脑起始点中心点停车,然后重新调整L298N的OUT1、OUT2、OUT3和OUT4的电平,使得两侧的电机:电机X、电机Z和电机Y、电机R以相反的方向运动,并在陀螺仪的控制下,原地旋转180度,然后停车1秒,二次调取迷宫信息,然后根据算法算出优化迷宫信息后的最优冲刺路径,然后置冲刺标志为1,系统进入二次快速冲刺阶段,然后按照冲刺----探索---冲刺,完成多次的冲刺,以达到快速冲刺的目的,
所述基于ARM9的四轮微电脑鼠冲刺控制器采用四轮驱动结构,前置驱动和后置驱动的四个电机功率一致,由于采用四轮驱动技术,微电脑鼠前后轮都有动力,可按迷宫地面和周围环境状态不同而将需求扭矩按不同比例分布在前后所有的轮子上,以提高微电脑鼠的快速行驶能力;
根据需要实现分时四驱,在正常快速冲刺时,微电脑鼠一般会采用释放前轮,采用后轮驱动的方式;
而一旦遇到路面灰尘较多或驱动轮打滑的情况,ARM9会自动检测并立即将微电脑鼠需求扭矩分配一部分给前方两个前轮,自然切换到四轮驱动状态,增强了微电脑鼠快速冲刺时的附着力和操控性;
由于采用四轮驱动方式,当微电脑鼠需要加速冲刺时,把动力平均分配到四个电机,一旦一个动力轮离开地面,ARM9可以重新分配扭矩,把更多的扭矩分配在不打滑的驱动轮上,使系统迅速脱离打滑状态,重新回到四轴动力平衡状态,使得微电脑鼠保持较高的冲刺能力;
微电脑鼠冲刺转向时,为了保证旋转的稳定性,采用四轮同控来实现转弯:需要停车时,ARM9把动力平均分配到四个电机,四个电机采用相同的加速度进行同步减速,使微电脑鼠准确停车;
然后在陀螺仪的控制下精确旋转需要的角度,然后进行加速,在加速行驶时,ARM9把动力平均分配到四个电机,四个电机采用相同的加速度进行同步加速,到达设定速度时,释放前轮采用后轮驱动,
所述第一运动单元、第二运动单元、第三运动单元、第四运动单元均包括电机。
2.根据权利要求1所述的基于ARM9的四轮微电脑鼠冲刺控制器,其特征在于,所述电机为高速直流电机。
3.根据权利要求1所述的基于ARM9的四轮微电脑鼠冲刺控制器,其特征在于,所述主控制单元还外接有上位机控制单元,所述上位机控制单元包括迷宫读取单元、坐标定位单元和在线输出单元,所述迷宫读取单元、坐标定位单元和在线输出单元均与所述ARM处理器电性连接。
4.根据权利要求1所述的基于ARM9的四轮微电脑鼠冲刺控制器,其特征在于,所述主控制单元还连接有至少6个传感器,所述传感器为超声波传感器或红外线传感器,用于感应并传输外接环境信息。
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