DIY機器人：實(shí)現多功能探測，提供功能解析，硬件實(shí)現，軟件流程

1 項目概述

1.1 引言

從機器人誕生到上世紀80年代初，機器人技術(shù)經(jīng)歷了一個(gè)長(cháng)期緩慢的發(fā)展過(guò)程。到了 90年代，隨著(zhù)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(lèi)活動(dòng)領(lǐng)域的不斷擴大，機器人應用也開(kāi)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(lèi)自身發(fā)展的必然結果，在人類(lèi)不斷探測自然、認識自然、改造自然過(guò)程中，實(shí)現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的。

1.2 項目背景/選題動(dòng)機

探測機器人的設計與推出是多方面原因促成的，近年來(lái)隨著(zhù)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(kāi)始關(guān)注那些比較惡劣的或是不可達的環(huán)境，而這類(lèi)地方是人類(lèi)不能夠直接接觸的，需通過(guò)探測機器人先預先進(jìn)行探測，然后將探測后的數據傳回，人類(lèi)通過(guò)分析這類(lèi)數據而清楚的認識這類(lèi)環(huán)境。另外加之地震等方面的自然災害原因，每次災后，迫切需要一種探測工具能夠探測出災區的具體環(huán)境狀況，以方便救援人員按照探測機器人傳回的具體數據及時(shí)高效的進(jìn)行抗震救災，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(shí)現視頻采集；

(3) 能夠進(jìn)行無(wú)線(xiàn)電通信；

(4) 能夠對周?chē)h(huán)境參數進(jìn)行采集，分析；

(5) 能夠實(shí)現遠程控制；

(6) 能夠實(shí)現語(yǔ)音通信；

(7) 能夠實(shí)現現場(chǎng)照明功能。

圖1 系統架構

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

(3)具有實(shí)時(shí)將機器人采集到的視頻、環(huán)境信號、語(yǔ)音信號等傳回PC機，同時(shí)能夠實(shí)時(shí)的將PC機發(fā)出的控制命令和語(yǔ)音信號發(fā)送至機器人；

(4)具有低功耗的特點(diǎn)；

3 方案設計

3.1 系統功能實(shí)現原理

（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據傳輸至基于A(yíng)VR32的開(kāi)發(fā)板EVK1100上進(jìn)行無(wú)線(xiàn)傳輸至PC機上顯示。圖像的采集是通過(guò)圖像解碼芯片OV9650 將CMOS 攝像頭的視頻信號轉換成數字碼流，并傳輸給DSP 進(jìn)行壓縮處理。由于圖像采集模塊的數字碼流輸出速度快,而DSP 對外圍設備的數據讀寫(xiě)較慢, 為匹配數據的傳輸速度, 在圖像采集端加入CPLD 進(jìn)行采集控制。在圖像采集時(shí),由CPLD 將采集的圖像數據存儲到高速緩沖區中, 利用DSP 的DMA 將圖像數據傳輸到DSP 的外部SDRAM 中,以此提高系統的工作效率。同時(shí)為了及時(shí)把圖像傳輸至PC機，我們在初始化圖像解碼芯片OV9650時(shí)，將圖像設為黑白。

（2）溫度采集

為了了解機器人和被困者周?chē)h(huán)境的溫度，在機器人的頭部裝有一個(gè)溫度傳感器，能夠實(shí)時(shí)對周?chē)h(huán)境溫度進(jìn)行采集，并送至AVR32進(jìn)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)現障礙物，在機器人的頭部裝有一個(gè)超聲波距離傳感器，能夠對機器人前方的障礙物進(jìn)行實(shí)時(shí)的采集，并將數據送至AVR32進(jìn)行分析、處理，當機器人前方有障礙物時(shí)，機器人啟動(dòng)相應的模塊進(jìn)行處理，翻越障礙物。

（4）光線(xiàn)采集與照明

為了能讓我們能更能好的觀(guān)察機器人的周?chē)沫h(huán)境，以及了解被困者現在的具體位置和身體狀態(tài)，在機器人的頭部裝有一個(gè)光線(xiàn)傳感器和一個(gè)照明裝置，機器人實(shí)時(shí)的對周?chē)h(huán)境的光線(xiàn)進(jìn)行采集，并將采集到的數據送至AVR32，再由AVR32處理、顯示，當周?chē)哪芤?jiàn)度不能達到 時(shí)，機器人自動(dòng)啟動(dòng)照明裝置。

（5）無(wú)線(xiàn)控制模塊

PC機與機器人之間采用WIFI模塊進(jìn)行無(wú)線(xiàn)傳輸。當AVR32單片機處理好數據后，調用WIFI模塊，將數據發(fā)送至PC，PC機將送來(lái)的數據進(jìn)行一定的處理后通過(guò)畫(huà)面顯示出來(lái)。當PC機需要對機器人進(jìn)行控制時(shí)，PC機將控制指令通過(guò)WIFI模塊發(fā)送至AVR32，AVR32將送來(lái)的數據進(jìn)行分析后對各個(gè)電機及相應的端口進(jìn)行控制。

（6）翻越障礙物

機器人采用履帶式設計，能夠翻越較小的障礙物；同時(shí)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。