1 項目概述

1.1 引言

從機器人誕生到上世紀(jì)80年代初，機器人技術(shù)經(jīng)歷了一個長期緩慢的發(fā)展過程。到了 90年代，隨著計算機技術(shù)、微電子技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等的快速發(fā)展，以及人類活動領(lǐng)域的不斷擴大，機器人應(yīng)用也開始從制造領(lǐng)域向非制造領(lǐng)域發(fā)展。機器人技術(shù)的發(fā)展也是人類自身發(fā)展的必然結(jié)果，在人類不斷探測自然、認識自然、改造自然過程中，實現(xiàn)人們對比較惡劣或是不可達環(huán)境的探測、認識，而探測機器人正是因此而出現(xiàn)的。

1.2 項目背景/選題動機

探測機器人的設(shè)計與推出是多方面原因促成的，近年來隨著人們生活水平及科學(xué)技術(shù)水平的不斷提高，使得人們逐漸開始關(guān)注那些比較惡劣的或是不可達的環(huán)境，而這類地方是人類不能夠直接接觸的，需通過探測機器人先預(yù)先進行探測，然后將探測后的數(shù)據(jù)傳回，人類通過分析這類數(shù)據(jù)而清楚的認識這類環(huán)境。另外加之地震等方面的自然災(zāi)害原因，每次災(zāi)后，迫切需要一種探測工具能夠探測出災(zāi)區(qū)的具體環(huán)境狀況，以方便救援人員按照探測機器人傳回的具體數(shù)據(jù)及時高效的進行抗震救災(zāi)，基于此原因，探測機器人顯得尤為需要。

2 需求分析

2.1 功能要求

（1）能夠翻越障礙物；

(2) 能實現(xiàn)視頻采集；

(3) 能夠進行無線電通信；

(4) 能夠?qū)χ車h(huán)境參數(shù)進行采集，分析；

(5) 能夠?qū)崿F(xiàn)遠程控制；

(6) 能夠?qū)崿F(xiàn)語音通信；

(7) 能夠?qū)崿F(xiàn)現(xiàn)場照明功能。

圖1 系統(tǒng)架構(gòu)

2.2 性能要求

(1)具有在廢墟上行走，深入廢墟以及從廢墟中返回的能力；

(2)具有對視頻進行處理壓縮的能力，以及在PC機上能將傳回的視頻進行解壓縮，還原原始視頻；

(3)具有實時將機器人采集到的視頻、環(huán)境信號、語音信號等傳回PC機，同時能夠?qū)崟r的將PC機發(fā)出的控制命令和語音信號發(fā)送至機器人；

(4)具有低功耗的特點；

3 方案設(shè)計

3.1 系統(tǒng)功能實現(xiàn)原理

（1）圖像采集處理及傳輸模塊

本模塊采用TMS320VC5509A芯片作為模塊處理器，模塊主要完成圖像的采集及圖像的JPEG_LS壓縮，并將壓縮后的圖像數(shù)據(jù)傳輸至基于AVR32的開發(fā)板EVK1100上進行無線傳輸至PC機上顯示。圖像的采集是通過圖像解碼芯片OV9650 將CMOS 攝像頭的視頻信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字碼流，并傳輸給DSP 進行壓縮處理。由于圖像采集模塊的數(shù)字碼流輸出速度快,而DSP 對外圍設(shè)備的數(shù)據(jù)讀寫較慢, 為匹配數(shù)據(jù)的傳輸速度, 在圖像采集端加入CPLD 進行采集控制。在圖像采集時,由CPLD 將采集的圖像數(shù)據(jù)存儲到高速緩沖區(qū)中, 利用DSP 的DMA 將圖像數(shù)據(jù)傳輸?shù)紻SP 的外部SDRAM 中,以此提高系統(tǒng)的工作效率。同時為了及時把圖像傳輸至PC機，我們在初始化圖像解碼芯片OV9650時，將圖像設(shè)為黑白。

（2）溫度采集

為了了解機器人和被困者周圍環(huán)境的溫度，在機器人的頭部裝有一個溫度傳感器，能夠?qū)崟r對周圍環(huán)境溫度進行采集，并送至AVR32進行處理后發(fā)送至PC顯示。

（3）距離采集

為了讓機器人能夠發(fā)現(xiàn)障礙物，在機器人的頭部裝有一個超聲波距離傳感器，能夠?qū)C器人前方的障礙物進行實時的采集，并將數(shù)據(jù)送至AVR32進行分析、處理，當(dāng)機器人前方有障礙物時，機器人啟動相應(yīng)的模塊進行處理，翻越障礙物。

（4）光線采集與照明

為了能讓我們能更能好的觀察機器人的周圍的環(huán)境，以及了解被困者現(xiàn)在的具體位置和身體狀態(tài)，在機器人的頭部裝有一個光線傳感器和一個照明裝置，機器人實時的對周圍環(huán)境的光線進行采集，并將采集到的數(shù)據(jù)送至AVR32，再由AVR32處理、顯示，當(dāng)周圍的能見度不能達到 時，機器人自動啟動照明裝置。

（5）無線控制模塊

PC機與機器人之間采用WIFI模塊進行無線傳輸。當(dāng)AVR32單片機處理好數(shù)據(jù)后，調(diào)用WIFI模塊，將數(shù)據(jù)發(fā)送至PC，PC機將送來的數(shù)據(jù)進行一定的處理后通過畫面顯示出來。當(dāng)PC機需要對機器人進行控制時，PC機將控制指令通過WIFI模塊發(fā)送至AVR32，AVR32將送來的數(shù)據(jù)進行分析后對各個電機及相應(yīng)的端口進行控制。

（6）翻越障礙物

機器人采用履帶式設(shè)計，能夠翻越較小的障礙物；同時為機器人添加的機械手臂能夠讓它在較大的障礙物面前也能游刃有余。

3.2系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖

3.3硬件平臺選用及資源配置

所需硬件資源

數(shù)量

PC機

1臺

EVK1100開發(fā)板

1個

TMS320VC5509A圖像處理芯片

1個

OV9650圖像采集模塊

1個

鋰電池

1個

5W伺服直流電機

9個

履帶

2條

WIFI模塊

1個

距離傳感器

1個

LED照明燈

1個

3.4 系統(tǒng)軟件流程

程序運行流程圖