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重庆大学本科学生毕业设计(论文)
探测机器人视觉随动系统
的软件设计
学生:学号:指导教师:专业:
重庆大学自动化学院
二OO八年六月
TheSoftwareDesignofDynamicSystem
ofDetectionRobot
Undergraduate:XiaXiaodong
Supervisor:Assit-Prof.XieZhaoli
Major:Automation
CollegeofAutomation
ChongqingUniversity
June2016
摘 要
目前机器人越来越多的应用于非制造业,与制造业相比,其主要特点是工作环境的非结构化和不确定性,这对机器人提出了更高的要求,需要机器人具备行走功能,对外感知能力以及局部的自主规划能力等.因此,对探测移动机器人的研究正成为一个重要的热点.
探测移动机器人能够按照存储在其内部的地图信息,或根据外部环境所提供的一些引导信号(即通过对环境的实时探测所获得的信息)规划出一条路径,在没有人工干预的情况下完成目标任务.
针对以上特点,本文设计了探测机器人的视觉随动机构,并基于DSP视觉随动.
前期工作中,主要进行器件选型,分析,选购工作,包括CCD传感器,DSP,U形架和伺服马达.以此为基础,设计出探测机器人的视觉随动机构.CCD器件的灵敏度很高,光谱敏感波段也很宽,把光学图像转换成电信号输出,经图象采集卡处理得到数字视频信号,DSP控制器对其进行运算,处理,产生相应PWM波,对伺服马达进行控制,带动视觉机构的旋转实现视觉系统的随动控制.
最后,通过系统调试,改进了一系列的问题,实现了对视觉传感器的很好的随动控制.
关 键 词:探测机器人,视觉随动系统,DSP,伺服马达,软件设计
ABSTRACT
Currentlythereisanincreasingnumberofrobotsusedinnon-manufacturingsector.Comparedtothemanufacturingsector,itsmainfeatureistheunstructuredworkenvironmentanduncertainty.Thisputforwardhigherrequirementsonrobots.so,Robotsneedtohavethewalkingfunction,theexternalperceptionandtheabilityoflocalautonomy,suchasplanningcapacity.Therefore,thedetectionofmobilerobotisbeingamajorhotspots.
Themobile-detectrobotisabletoPlanawayaccordingtothemapinformationstoredinitselforbasedontheexternalenvironmentprovidedbysomeguidancesignalsandpletetasksintheabsenceofinterventionofhunmanbeings.
Fortheabovecharacteristics,thispaperwilldesignthevisualdynamicexplorationofrobot,andtheDSP-basedvisualservocontrolofthesoftwaredesign.
ThePreparatoryworkismainlyfordeviceselection,analysis,purchasing,includingCCDsensors,DSP,U-shapedframeandservomotors.Onthisbasis,designedtodetecttherobotwiththedynamicvisualbody.thedeviceofCCDhashighsensitivity,thespectrumisalsosensitivetoawide-band.changeTheopticalimageelectricalsignalsoutput.thoughtheprocessingoftheimageacquisitioncard,digitalvideosignal,DSPcontrollerprocessandoperateonittoproducePWMwave.Theservomotorcontrolleadtherotationofvisualbodyrealizethedynamiccontrolofthevisionsystem.
Finally,thesystemdebugandimproveaseriesofissueandtherealizationofthevisionsensorwithagooddynamiccontrol.
Keywords:Detectingrobot,Withvisionsystem,DSP,ServoMotors,hesoftwaredesign
目录
中文摘 要Ⅰ
ABSTRACTⅡ
1绪论1
1.2国内外研究现状1
1.3课题的目的和意义2
1.4课题的研究内容2
1.5本章小节3
2视觉随动系统简介4
2.1视觉机构4
2.1.1摄像机4
2.1.25
2.2随动机构8
2.简介10
2.4本章小结13视觉随动系统的软件设计13
3.1编程环境CCS200013
3.2伺服马达控制原理14
3.3视觉随动系统控制原理16
3.4软件设计流程图16
3.4.1主程序流程图16
3.4.2SAA7111初始化流程图19
3.4.3PWM产生流程图及子程序19
3.5本章小结20
4系统调试21
5结论22
6致谢23
参考文献24
1绪论
1.1引言
众所周知,恶劣环境下的人工作业是很危险的,比如:煤矿井下容易发生塌方,透水等事故,管道的检测维修难度极大.若以探测机器人来代替人工作业,不但能提高安全性,降低劳动强度,而且能提高经济效益,给人类社会带来极大的方便,此外,若探测机器人能够获得全方位的视野,将会极大地提高作业的效率.
1.2国内外研究现状
探测机器人作为机器人学中的一个重要分支,早在60年代,工程界就开始了探测机器人的研究,其发展经历了一个较长的历程.1962年,美国,英国,日本的一些实验室等研究机构进入这一领域,八十年代,国外掀起了智能机器人研究热潮,而且发展迅速,不少研究机构取得了很多有意义的研究成果,其中较为着名的有美国标准与技术研究院,卡内基-梅隆大学,日本的Tsugawa[1].九十年代,主要研究热点是将各种控制方法应用到智能移动探测机器人的控制.典型的机器人有美国JPL研发的Athena,微型火星车Nanorover,卡内基-梅隆研发的Nomad移动机器人.
我国政府非常重视机器人技术,从国家863计划实施之初到现在一直将机器人技术列为重点支持方向."十五"期间,国家863计划机器人技术主题重点支持了数控,工程机械,盾构,生产线,水下载人潜器,危险作业机器人,医疗机器人和仿人仿生机器人等,较为全面对路径规划,视觉导航,信息融合,自动驾驶等一些基本的智能机器人技术做了探索.
几十年来世界机器人的研究发展相当迅速,取得了相当多的成果值[2].
1997年,卡内基-梅隆大学机器人研究所在智利阿特卡马沙漠上的测试了他们研究的"流浪者"(nomad)号机器人.阿特卡马沙漠的环境类似于月球和火星的表面,测试行程220km,在其行程中既有自主控制又有几千千米以外的人工遥控,测试中还包括车体在复杂地形上的行驶能力测试.其驱动结构,通信,传感器的设计都比较有创意,可以为设计月球车提供参考.
2003年7月,日本东京大学和三井造船公司公开了新研制的海底探测机器人.这种机器人的潜水深度可达4000米,其搭载的探测装置能够准确把握周围状况,前方若出现障碍物,它搭载的计算机会准确作出判断,操纵机器人自动绕开,到达指定目的地之后,航行误差仅为约30米.新型海底探测机器人靠传感器检测水温,水中的浑浊度等,并能自主地收集数据,可用于探测喷涌热水的海底火山,沉船,海底矿产资源和生物等.2004年5月它被用于探测到地球上最深的海沟—马里亚纳海沟.
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今年3月,首期投资100万,由甘肃长城水下高技术有奶公司研发的三位智能机器人在甘肃兰州宣告诞生,三兄弟分别是"水下综合探测机器人","水下清刷机器人"和代号为GNOM的小型机器人.这三位机器人的诞生使我国告别了没有同类机器人的空白,其中水下综合探测机器人和水下清刷机器人在国内外都是"独生子",而小型机器人则是引进国外技术合作的结晶.他们集"声成像"等高尖端技术于一身,在水下各具其能,能够完成人所无法完成的水下作业,且不受天气和环境影响,具有工作效率高,费用成本低的明显优势.
1.3课题的目的和意义
在当代工业生产中,存在着大量环境复杂的
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