DIY機(jī)器人：實(shí)現(xiàn)多功能探測(cè)，提供功能解析，硬件實(shí)現(xiàn)，軟件流程

1 項(xiàng)目概述

1.1 引言

從機(jī)器人誕生到上世紀(jì)80年代初，機(jī)器人技術(shù)經(jīng)歷了一個(gè)長期緩慢的發(fā)展過程。到了 90年代，隨著計(jì)算機(jī)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(dòng)領(lǐng)域的不斷擴(kuò)大，機(jī)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(jī)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(cè)自然、認(rèn)識(shí)自然、改造自然過程中，實(shí)現(xiàn)人們對(duì)比較惡劣或是不可達(dá)環(huán)境的探測(cè)、認(rèn)識(shí)，而探測(cè)機(jī)器人正是因此而出現(xiàn)的。

1.2 項(xiàng)目背景/選題動(dòng)機(jī)

探測(cè)機(jī)器人的設(shè)計(jì)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(dá)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(cè)機(jī)器人先預(yù)先進(jìn)行探測(cè)，然后將探測(cè)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(rèn)識(shí)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(cè)工具能夠探測(cè)出災(zāi)區(qū)的具體環(huán)境狀況，以方便救援人員按照探測(cè)機(jī)器人傳回的具體數(shù)據(jù)及時(shí)高效的進(jìn)行抗震救災(zāi)，基于此原因，探測(cè)機(jī)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(xiàn)視頻采集；

(3) 能夠進(jìn)行無線電通信；

(4) 能夠?qū)χ車h(huán)境參數(shù)進(jìn)行采集，分析；

(5) 能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程控制；

(6) 能夠?qū)崿F(xiàn)語音通信；

(7) 能夠?qū)崿F(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)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(duì)視頻進(jìn)行處理壓縮的能力，以及在PC機(jī)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(jī)器人采集到的視頻、環(huán)境信號(hào)、語音信號(hào)等傳回PC機(jī)，同時(shí)能夠?qū)崟r(shí)的將PC機(jī)發(fā)出的控制命令和語音信號(hào)發(fā)送至機(jī)器人；

(4)具有低功耗的特點(diǎn)；

3 方案設(shè)計(jì)

3.1 系統(tǒng)功能實(shí)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(jìn)行無線傳輸至PC機(jī)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(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)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(shù)字碼流輸出速度快,而DSP 對(duì)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(jìn)行采集控制。在圖像采集時(shí),由CPLD 將采集的圖像數(shù)據(jù)存儲(chǔ)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(shí)為了及時(shí)把圖像傳輸至PC機(jī)，我們?cè)诔跏蓟瘓D像解碼芯片OV9650時(shí)，將圖像設(shè)為黑白。

（2）溫度采集

為了了解機(jī)器人和被困者周圍環(huán)境的溫度，在機(jī)器人的頭部裝有一個(gè)溫度傳感器，能夠?qū)崟r(shí)對(duì)周圍環(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(jī)器人能夠發(fā)現(xiàn)障礙物，在機(jī)器人的頭部裝有一個(gè)超聲波距離傳感器，能夠?qū)C(jī)器人前方的障礙物進(jìn)行實(shí)時(shí)的采集，并將數(shù)據(jù)送至AVR32進(jìn)行分析、處理，當(dāng)機(jī)器人前方有障礙物時(shí)，機(jī)器人啟動(dòng)相應(yīng)的模塊進(jìn)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(jī)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(jī)器人的頭部裝有一個(gè)光線傳感器和一個(gè)照明裝置，機(jī)器人實(shí)時(shí)的對(duì)周圍環(huán)境的光線進(jìn)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(dá)到 時(shí)，機(jī)器人自動(dòng)啟動(dòng)照明裝置。

（5）無線控制模塊

PC機(jī)與機(jī)器人之間采用WIFI模塊進(jìn)行無線傳輸。當(dāng)AVR32單片機(jī)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(jī)將送來的數(shù)據(jù)進(jìn)行一定的處理后通過畫面顯示出來。當(dāng)PC機(jī)需要對(duì)機(jī)器人進(jìn)行控制時(shí)，PC機(jī)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(jìn)行分析后對(duì)各個(gè)電機(jī)及相應(yīng)的端口進(jìn)行控制。

（6）翻越障礙物

機(jī)器人采用履帶式設(shè)計(jì)，能夠翻越較小的障礙物；同時(shí)為機(jī)器人添加的機(jī)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(tái)選用及資源配置

所需硬件資源

數(shù)量

PC機(jī)

1臺(tái)

EVK1100開發(fā)板

1個(gè)

TMS320VC5509A圖像處理芯片

1個(gè)

OV9650圖像采集模塊

1個(gè)

鋰電池

1個(gè)

5W伺服直流電機(jī)

9個(gè)

履帶

2條

WIFI模塊

1個(gè)

距離傳感器

1個(gè)

LED照明燈

1個(gè)

3.4 系統(tǒng)軟件流程

程序運(yùn)行流程圖