亚洲免费av电影一区二区三区,日韩爱爱视频,51精品视频一区二区三区,91视频爱爱,日韩欧美在线播放视频,中文字幕少妇AV,亚洲电影中文字幕,久久久久亚洲av成人网址,久久综合视频网站,国产在线不卡免费播放

        ?

        基于STM32的微電腦鼠對角線沖刺設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

        2020-11-23 07:32:54李紅益張好明王應(yīng)海
        機(jī)電信息 2020年29期

        李紅益 張好明 王應(yīng)海

        摘要:為了提高微電腦鼠沖刺的穩(wěn)定性,并減少微電腦鼠在復(fù)雜迷宮中的沖刺時(shí)間,提出了基于STM32的新型對角線沖刺算法。借助加速度傳感器ADXL202實(shí)現(xiàn)對微電腦鼠轉(zhuǎn)彎誤差補(bǔ)償和直線位置的精確修正,前墻傳感器和加速度傳感器組合應(yīng)用保證了微電腦鼠對角線沖刺姿態(tài)的準(zhǔn)確性。微電腦鼠高速?zèng)_刺實(shí)驗(yàn)表明,新型對角線沖刺算法能顯著提高微電腦鼠的穩(wěn)定性,并縮短微電腦鼠在迷宮中的沖刺時(shí)間。

        關(guān)鍵詞:微電腦鼠;對角線沖刺;伺服;加速度傳感器

        0 引言

        微電腦鼠(micromouse)是一種智能輪式迷宮搜尋機(jī)器人,它依靠微處理器、傳感器和機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件實(shí)現(xiàn)在迷宮中的探測和沖刺。微電腦鼠依靠自身攜帶的傳感器感知不同的“迷宮”,并自動(dòng)記憶其搜尋路徑,依靠多種人工智能算法選擇最佳沖刺路徑,在最短的時(shí)間內(nèi)到達(dá)設(shè)定的不同迷宮目的地[1-3]。

        通常用運(yùn)行時(shí)間、迷宮時(shí)間和觸摸次數(shù)這3個(gè)參數(shù)來衡量一只微電腦鼠的運(yùn)動(dòng)控制能力,因?yàn)檫@3個(gè)參數(shù)決定了一只微電腦鼠求解迷宮的可靠性、效率和速度,不同國家采用不同的標(biāo)準(zhǔn)[4-7],這3個(gè)參數(shù)中最重要的參數(shù)就是迷宮時(shí)間,而迷宮時(shí)間又主要取決于其沖刺的時(shí)間長短。微電腦鼠高速?zèng)_刺運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)要求較高,由于國內(nèi)研究時(shí)間較短,開發(fā)的微電腦鼠運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)相對比較落后,實(shí)際運(yùn)動(dòng)過程中存在諸多問題,例如,只有5組傳感器用來判斷高速?zèng)_刺路徑中迷宮墻壁的存在,往往提供錯(cuò)誤的迷宮信息,導(dǎo)致沖刺失敗;只有1組傳感器檢測沖刺路徑中前方迷宮的擋墻,易受外界干擾,造成高速?zèng)_刺時(shí)的導(dǎo)引信息錯(cuò)誤;步進(jìn)電機(jī)的使用,導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)經(jīng)常丟失驅(qū)動(dòng)信號(hào),出現(xiàn)沖刺路徑更新錯(cuò)誤的情況;由于采用相對低級的人工智能算法,使得沖刺路徑不是最佳,無法取得最短沖刺時(shí)間。因此,需要對現(xiàn)有的微電腦鼠重新進(jìn)行設(shè)計(jì)。

        1 基于STM32F405的高速微電腦鼠硬件原理

        STM32F405是由STM公司生產(chǎn)的微控制器,它是基于ARM Cortex-M4內(nèi)核的32位flash微控制器。STM32F4系列除引腳和軟件兼容高性能的F2系列外,F(xiàn)4系列的主頻高達(dá)168 MHz,遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于F2系列的120 MHz,并且STM32F4系列支持單周期DSP指令和浮點(diǎn)單元,STM32F405集成了定時(shí)器、3個(gè)ADC、2個(gè)DAC、串行接口、外存接口、實(shí)時(shí)時(shí)鐘等先進(jìn)外設(shè),使得F4系列可以較容易滿足控制和信號(hào)處理功能混合的數(shù)字信號(hào)控制需求,為多軸伺服電機(jī)控制提供靈活的解決方案。這些特點(diǎn)使得STM32F405特別適合用于多軸微電腦鼠高速?zèng)_刺運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的信號(hào)處理。

        為了進(jìn)一步提高微電腦鼠高速?zèng)_刺運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的可靠性,本文設(shè)計(jì)的高速微電腦鼠樣機(jī)采用紅外發(fā)射管OPE5594A和紅外接收管TSL262來探測迷宮擋墻的存在,極大地提高了迷宮探測的精度和準(zhǔn)確度。

        為了充分發(fā)揮前方傳感器的導(dǎo)航和導(dǎo)引功能,本文設(shè)計(jì)的微電腦鼠高速?zèng)_刺樣機(jī)舍棄了國內(nèi)常采用的單傳感器檢測方法,所設(shè)計(jì)的微電腦鼠傳感器二維排列結(jié)構(gòu)如圖1所示,采用基于OPE5594A和TSL262的紅外傳感器S1組和S6組共同探測前方障礙物,有利于微電腦鼠高速?zèng)_刺時(shí)的導(dǎo)航和導(dǎo)引。

        L298N是SGS公司生產(chǎn)的小型伺服驅(qū)動(dòng)器,包含4路邏輯驅(qū)動(dòng)電路,芯片的輸出電壓高達(dá)50 V,輸出電流高達(dá)2.5 A,可獨(dú)立方便地驅(qū)動(dòng)2臺(tái)伺服電機(jī)。芯片含有2路使能控制端子,可以很好地滿足微電腦鼠高速?zèng)_刺兩軸伺服系統(tǒng)的單獨(dú)控制需求。

        在吸收國外微電腦鼠先進(jìn)設(shè)計(jì)思想的基礎(chǔ)上,本文在STM32F405的微電腦鼠運(yùn)動(dòng)控制器基礎(chǔ)上引入伺服驅(qū)動(dòng)器L298N,控制器以STM32F405為處理核心,實(shí)現(xiàn)微電腦鼠快速?zèng)_刺時(shí)兩軸伺服電機(jī)同步信號(hào)的實(shí)時(shí)處理,本文設(shè)計(jì)的控制器原理框圖如圖2所示。

        STM32F405與L298N連接示意框圖如圖3所示,S1~S6是基于OPE5594A和TSL262的紅外發(fā)射和接收對管傳感器,S7是加速度傳感器ADXL202,可以計(jì)算出微電腦鼠高速轉(zhuǎn)彎時(shí)的旋轉(zhuǎn)角度,有利于微電腦鼠高速?zèng)_刺時(shí)方向的精確控制。

        2 高速微電腦鼠沖刺原理

        微電腦鼠一旦接到?jīng)_刺命令,前方傳感器S1和S6首先對沖刺路徑中的前部環(huán)境進(jìn)行判斷,防止誤沖刺。如果S1和S6發(fā)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)路徑中存在迷宮擋墻,則向STM32F405發(fā)送沖刺路徑錯(cuò)誤中斷請求,STM32F405首先響應(yīng)中斷,然后禁用L298N的2路使能端,封鎖伺服X電機(jī)和伺服Y電機(jī)的PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào),微電腦鼠進(jìn)入自鎖階段;如果沒有迷宮擋墻進(jìn)入前方的沖刺路徑,微電腦鼠將以設(shè)定的速度和加速度完成最佳路徑的沖刺。

        2.1? ? 沖刺原理

        在沖刺階段,微電腦鼠將按照圖4所示的速度-時(shí)間圖形所示規(guī)律進(jìn)行加減速,圖中包含的面積是微電腦鼠在某段運(yùn)動(dòng)路徑上需要運(yùn)行的沖刺距離。

        2.2? ? 對角線沖刺原理

        在微電腦鼠沿著其沖刺路徑快速行進(jìn)過程中,如果某段路徑如圖5所示,則微電腦鼠控制器將存儲(chǔ)其當(dāng)前坐標(biāo)(x,y),并在控制器的命令下開始復(fù)雜的轉(zhuǎn)彎沖刺。

        傳統(tǒng)的微電腦鼠沖刺軌跡如圖6所示。從圖中可以看出,這條運(yùn)動(dòng)軌跡相對于直線運(yùn)動(dòng)來說距離更長,而且在這條軌跡上沖刺需要多次啟停,多次的加減速相對于直線運(yùn)動(dòng)來說一般需要更長的運(yùn)動(dòng)時(shí)間。

        為了縮短沖刺路徑并減少?zèng)_刺時(shí)間,本文提出了一種新型對角線沖刺算法,微電腦鼠按照圖7所示的運(yùn)動(dòng)軌跡運(yùn)行:直線調(diào)整姿態(tài),以45°沖刺轉(zhuǎn)入,對角線沖刺,以45°沖刺轉(zhuǎn)出。

        根據(jù)不同的沖刺指令算法,STM32F405首先將對角線沖刺不同階段的行駛距離轉(zhuǎn)換為沖刺加速度、速度和位置指令,然后根據(jù)其內(nèi)部的三閉環(huán)伺服程序,將控制器與電機(jī)反饋相結(jié)合,產(chǎn)生PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào),然后用STM32F405調(diào)節(jié)L298N的內(nèi)部邏輯電路輸出,使微電腦鼠沿著規(guī)定軌跡行駛。在整個(gè)運(yùn)動(dòng)過程中,多軸加速度傳感器ADXL202將記錄微電腦鼠各軸加速度,通過積分得到角度信號(hào),當(dāng)角度偏差超過設(shè)定閾值時(shí),控制器就在下一個(gè)采樣周期進(jìn)行補(bǔ)償,使微電腦鼠完全按照規(guī)定的角度轉(zhuǎn)入和轉(zhuǎn)出。

        2.3? ? 對角線沖刺補(bǔ)償

        當(dāng)微電腦鼠執(zhí)行對角線沖刺時(shí),機(jī)器人沒有任何平行的擋墻來執(zhí)行正常的直線路徑導(dǎo)航,因此必須借助自身傳感器來實(shí)現(xiàn)自主導(dǎo)航,以幫助機(jī)器人遭遇干擾時(shí)避免與擋墻發(fā)生碰撞。由于微電腦鼠在對角線直線路徑上行走時(shí),沒有任何擋墻與機(jī)器人平行,此時(shí)前端傳感器S1和S6對系統(tǒng)非常重要,機(jī)器人仍然可以使用這2個(gè)前端傳感器來確定是否朝著正確的方向前進(jìn),如圖8所示,當(dāng)方向正確時(shí),2個(gè)前傳感器將不會(huì)感應(yīng)到任何物體,這意味著2個(gè)傳感器的讀數(shù)應(yīng)保持在一個(gè)較低的數(shù)值。如圖9所示,當(dāng)其中一個(gè)反饋值大于定義的閾值時(shí),這意味著機(jī)器人正朝錯(cuò)誤的方向前進(jìn),如果繼續(xù)朝這個(gè)方向快速行進(jìn),微電腦鼠就會(huì)與墻壁發(fā)生碰撞。

        3 軟件設(shè)計(jì)

        對于本文設(shè)計(jì)的基于STM32F405的高速微電腦鼠,在沖刺之前,它通常被放置在迷宮起點(diǎn),高速?zèng)_刺控制器使其首先進(jìn)入自鎖狀態(tài),一旦有外界命令觸發(fā)控制器,微電腦鼠將根據(jù)實(shí)際的導(dǎo)航環(huán)境沿著沖刺路徑快速前進(jìn),由STM32F405產(chǎn)生2臺(tái)直流伺服電機(jī)的PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào),實(shí)現(xiàn)微電腦鼠在復(fù)雜迷宮中的快速?zèng)_刺。本文設(shè)計(jì)的沖刺程序原理如圖10所示。

        對角線沖刺原理如圖11所示。

        4 實(shí)驗(yàn)

        圖12為國產(chǎn)微電腦鼠和本文設(shè)計(jì)的基于STM32F405設(shè)計(jì)的微電腦鼠實(shí)物對比。通過對比可以看出,新設(shè)計(jì)的微電腦鼠具有體積小、重心低的特點(diǎn),可以提高微電腦鼠在高速?zèng)_刺時(shí)的動(dòng)態(tài)性能。

        圖13為本文設(shè)計(jì)的微電腦鼠即將進(jìn)入高速對角線沖刺時(shí)的畫面。從圖中可以看出,微電腦鼠行走的方向平行于兩邊的擋墻,并處于當(dāng)前迷宮格的中線上,為對角線沖撞奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

        從圖14微電腦鼠在迷宮沖刺中運(yùn)行的圖片可以看出,該微電腦鼠沿著預(yù)設(shè)的對角線方向運(yùn)行,這說明控制器已經(jīng)按照紅外傳感器S1、S6和加速度傳感器ADXL202的反饋進(jìn)行了精確補(bǔ)償。

        5 結(jié)語

        (1)L298N集成驅(qū)動(dòng)器的使用,使得新型微電腦鼠具有更小的尺寸和質(zhì)量,并降低了其重心,有利于微電腦鼠的高速?zèng)_刺。

        (2)加速度傳感器ADXL202的應(yīng)用,使得沖刺控制器可精確控制微電腦鼠的運(yùn)動(dòng)方向,易于微電腦鼠實(shí)現(xiàn)高速旋轉(zhuǎn)沖刺。

        (3)多傳感器組合可以實(shí)時(shí)對運(yùn)行在最短路徑下的微電腦鼠進(jìn)行干擾補(bǔ)償,在確保微電腦鼠高速?zèng)_刺時(shí)的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性的前提下,可進(jìn)一步減少其迷宮沖刺時(shí)間。

        [參考文獻(xiàn)]

        [1] CHEN N.A vision-guided autonomous vehicle an alternative micro mouse competition[J].IEEE Transactions on Education,1997,40(4):253-258.

        [2] TETTA CM.The evolution of the Micromouse Competition[J].IEEE Potentials,1986,6(4):32-37.

        [5] YANG X.Research and Realization on Micrornouse for Maze Searching in Coalmine[J].Coal Technology,2010(6):60-69.

        [4] JIN Y Y,LIU K H,REN Y H. Wheeled MazeRobot Design Based on Ranging Infrared Sensor[J].Mierocontrollers and Embedded Systems,2013(9):1-5.

        [5] 張?jiān)虑郏?,鞠歡.基于STM32的迷宮機(jī)器人控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].機(jī)電工程技術(shù),2016,45(12):1-6.

        [6] 詹杰,劉學(xué)兵,張浩.基于直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)的電腦鼠設(shè)計(jì)[J].吉首大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2015(3):39-44.

        [7] 賀少波,孫克輝.基于向心法則的電腦鼠走迷宮算法設(shè)計(jì)與優(yōu)化[J].計(jì)算機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用,2012(9):80-83.

        国产欧美日韩在线观看| 色噜噜亚洲男人的天堂| 免费高清av一区二区三区 | 亚洲熟妇中文字幕日产无码| а中文在线天堂| 日韩国产有码在线观看视频| 亚洲av粉嫩性色av| 一道本加勒比在线观看| 精品国产一区二区三区av免费| 亚洲av无码久久| 国产农村乱子伦精品视频| 亚洲女同精品一区二区久久| 久草视频在线这里只有精品| 久久亚洲乱码中文字幕熟女 | 老色鬼在线精品视频| 国产高潮国产高潮久久久| 亚洲国产AⅤ精品一区二区不卡| 视频一区视频二区自拍偷拍| 久久伊人精品一区二区三区| 亚洲av第一成肉网| 亚洲日本人妻中文字幕| 精品国产三级a在线观看不卡| 亚洲精品天堂成人片av在线播放 | 人妻无码中文字幕免费视频蜜桃 | 亚洲国产成人精品久久成人| 亚洲国产精品高清一区| 欧美变态另类刺激| 亚洲最大天堂无码精品区| 中文字幕一二区中文字幕| 亚洲综合一区二区三区天美传媒| 人妻少妇精品无码专区| 麻豆成人精品国产免费| 中文字幕无码日韩欧毛| av免费看网站在线观看| 国产一级一级内射视频| 亚洲综合色婷婷七月丁香| 黄色视频在线免费观看| 高潮社区51视频在线观看| 嫩呦国产一区二区三区av| 最近中文字幕完整版免费| 无码午夜剧场|