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1、天津科技大学本科生 毕业设计（论文）开题报告学 院 电子信息与自动化学院 专 业 2009 通信与信息系统 题 目 小型侦察机器人 姓 名 指导教师（ 签名） 2010 年年 1 月月 12 日日拟选题目小型侦察机器人选题依据及研究意义现在全世界已经有超过 100 万台机器人，销售额每年增长 20%以上，机器人技术和工业得到了前所未有的飞速发展。机器人从爬行到学会两腿直立行走仅仅用了 20 年，而人类的这一过程则经历了上百万年。随着当代计算机技术、控制理论、能源技术等的快速发展，机器人技术在短短的几十年间发生了日新月异的变化。目前为止，机器人已经能够使用工具，能看、能听、能说，并且开始能进行一
2、些决策和思考的智能行为，其应用也从传统的加工制造业逐渐扩展到军事、海洋探测、宇宙探索等领域，并开始进入家庭和服务行业。作为人类 20 世纪最伟大的发明之一，机器人技术的发展代表着人类技术发展的最前沿，并将对人类社会的生产和生活带来深远的影响。值得一提的是，机器人家族中的侦察机器人在空间探索、危险环境探查和取样、战场侦察、城市救灾、排爆、反恐防化等领域具有广泛的应用需求，是当前机器人研究领域的研究热点。美国自从“911”事件以后，就开始针对全球反恐的需要研制相应侦察和防爆遥控机器人系统，并在阿富汗战争和伊拉克战争中使用了 Packbot 侦察机器人取代士兵进行山洞、建筑物内和街道的搜索和侦察，大
3、大减少了士兵的伤亡。美国的“勇气”号和 “机遇”号火星车已经在火星上生存一年多，自主行走几公里，获取了若干珍贵照片，并获得包括发现水在内的四项重大发现。机密侦察和监控在军用和民用领域中都占有重要地位，比如战场侦察、敌人搜捕、人质营救、有毒物质溢出、特殊环境监控等。这些特殊的任务，需要机器人代替人类秘密进入并隐藏在有潜在危险的地区或者空间受限的场所，并把侦察信息传输到监控后台。小型机器人是这些情况下的理想选择，因为比起人或者大型机器人，它们在侵入监视区域时更不容易被发现。因此，研究与开发小型侦察机器人具有非常重要的现实意义。文献综述（对已有相关代表性研究成果的综合介绍与评价）随着移动机器人技术的
4、迅速发展及其在工业、军事等领域中的广泛应用，有关移动机器人的理论、设计、制造和应用的新的技术学科机器人学，已经逐渐形成，并越来越引起人们广泛的关注。机器人学是一门综合性很强的学科，它涉及现代控制技术、传感器技术、计算机系统和人工智能等多门学科。近几年，机器人学主要在路径跟踪行为、基于多代理系统的侦察机器人、机器人视觉定位、基于传感器的定位机器人、Internet 和机器人技术、微小型机器人等方面有了一定的进展。其中，微小型机器人技术是机器人领域中山现的崭新分支，它以技术为基础，由于具有体积小，生存能力强等特点，因而用途广泛，并将在未来战争中大显神威。微小型侦察机器人作为一种具有广阔发展前景的新
5、的军事侦察装备，能够快速实时地进行战场动向和环境情况监测以及战斗毁伤情况评估，可以提高作战的速度和准确性，这已经成为专家们的共识。北美和欧洲的部分发达国家对微小型机器人的研究比较系统。例如被收录于外文期刊 IEEE 的A small, cheap, and portable reconnaissance robot ，文章主要介绍了一种小型遥控的用于室内侦察或监视的半自主机器人。它采用多渠道的无线控制和反馈机制，具有与其他机器人沟通、发出群体行为、装载分布式传感器网络的潜力。另外，文章侧重讲述了智能实时控制系统和远程用户界面，并讨论了一种廉价的、可快速制作的半自主机器人系统的优点和缺陷。在国内
6、，也有研究人员对小型侦察机器人展开研究，如收录于中文期刊机器人的MSTRbot：一种小型侦察机器人 ，文章介绍了一种搭载小型机械手臂的用于野外侦察和监控的小型两轮机器人，该机器人能够攀越障碍物并将感知信息传回控制中心。然而，目前国内对侦察机器人的研究还是比较少，与欧美发达国家相比还是有一定的差距，并且很少有研究在室内使用的小型侦察机器人。但是，用于室内的小型侦察机器人应用前景十分广阔，因此，研究用于室内的小型侦察机器人就显得十分必要。研究内容（包括基本思路、框架、主要研究方式、方法等）基本思路基本思路 了解无线影音传输系统的工作原理、配置模式；熟悉 MC9S12XS128MAA芯片的 PWM、
7、AD 转换功能；掌握稳压电路和电机驱动电路；学习使用NRF905 无线模块；熟悉 C 语言编程，设计与制作硬件电路，模块化调试程序并以实现功能。框架框架 1 绪 论1.1 侦察机器人的历史背景与研究现状1.2 侦察机器人的研究意义2 飞思卡尔芯片与外设2.1 周期中断定时器模块 PIT2.2 脉冲宽度调制模块 PWM2.3 串行外设接口 SPI2.4 无线数据传输模块 NRF9053 硬件电路设计与实现3.1 系统总体方案设计3.2 单片机最小系统3.3 电机驱动模块3.4 舵机云台3.5 无线通信模块4 软件系统设计与功能实现4.1 软件开发环境4.2 矩阵键盘的按键检测4.3 模拟 SPI
8、 总线4.4 无线通信协议4.5 监控显示工具5 结 论主要研究方式、方法主要研究方式、方法 毕设初期以理论设计为主，后期以制作电路、调试程序为主，结构设计为辅，用模块化设计的方法来实现设计要求。先熟悉 MC9S12XS128MAA 芯片，设计电源稳压模块、电机驱动模块；再了解无线影音传输的结构与用途，制作无线传输系统；然后制作舵机云台、NRF905 无线通信模块；最后使用CodeWarrior IDE 软件调试程序。研究进程安排2.203.11 毕业实习，完成毕业实习报告；查阅文献，分析、整理资料，完成英文资料翻译及开题报告；3.123.25 构思、提出设计方案，列写论文提纲；3.264.8
9、 购买元器件，准备电路图；4.94.22 组装硬件结构，制作电路板；4.235.6 熟悉 MC9S12XS128MAA 芯片和 CodeWarrior IDE 编程软件；5.75.20 编程设计功能及模块化调试程序；5.216.3 整理资料及研究成果，撰写论文；6.46.10 论文审阅及修改，提交论文，准备答辩。主要参阅文献1 黄涛. 自动化小车的无线遥控驾驶技术研究D. 西安: 西安电子科技大学, 2009.2 王良军. 智能移动机器人控制系统设计与实现D. 哈尔滨: 哈尔滨工程大学, 2010.3 周伟, 石为人, 李江波等. MSTRbot：一种小型侦察机器人J. 机器人, 2011,
10、33(5): 592.4 唐伟儒, 宋爱国. 半自主侦察机器人研究J. 制造业自动化, 2005, 27(12): 30.5 张庆海, 倪瑛. 消防侦察机器人视觉系统的设计J. 视频应用与工程, 2011, 35(23): 132.6 唐小丽. 移动机器人的无线通信技术研究与实现D. 南京: 南京理工大学, 2009.7 齐虹, 徐志, 陈冲等. 基于 nRF905 的短距离无线数据传输系统的设计J. 福州大学学报(自然科学报), 2010, 38(1): 64.8 马金祥, 何一鸣. 基于 nRF905 模块的 AT89S 单片机无线收发系统设计J. 通信技术, 2009, 2(42): 3
11、6.9 杨光松. 基于 NRF905 的无线温度数据采集系统J. 微计算机信息, 2008, 24(8-1): 104-106.10 郝建领. 无线遥控智能车控制系统D. 西安: 西安电子科技大学, 2007.11 尹继超. 机器人遥操作中关键技术的研究D. 哈尔滨: 哈尔滨工程大学, 2009.12 唐鸿儒, 宋爱国. 基于多传感器信息融合的侦察机器人模糊路径跟踪行为研究J. 传感技术学报, 2007, 20(8): 1809-1814.13 唐鸿儒, 宋爱国, 包加桐. 基于多代理系统的侦察机器人监控系统研制J. 制造业自动化, 2007, 29(5): 52-57.14 章小兵, 宋爱国
12、, 唐鸿儒. 基于视觉的室内移动机器人精确定位方法J. 数据采集与处理, 2007, 22(6): 196-200.15 尚文, 马旭东, 戴先中. 基于视觉特征的移动机器人 Monte Carlo 定位方法J. 制造业自动化, 2004, 26(11): 35-39.16 任孝平, 蔡自兴. 基于移动自组网的多移动机器人远程监控J. 华中科技大学学报(自然科学报), 2008, 36(I): 239-242.17 姜明, 李科杰, 王俊等. 三自由度的侦察机器人系统J. 探测与控制学报, 2002, 24(3): 36-38. 18 Kenyon S H, Creary D, Thi D ,
13、 et al. A small, cheap, and portable reconnaissance robot C/Proceedings of the SPIE: Sensors, and Command, Control, Communication, and Intelligence(C3I) Technologies for Homeland Security and Homeland Defence IV. Bellingham, WA, USA:SPIE, 2005: 434-443. 19 Christian Micheloni, Gian Luca Foresti, Cla
14、udio Piciarelli, et al. An Autonomous Vehicle for Video Surveillance of Indoor EnvironmentsJ. IEEE Transactions on Vehicular Technology, 2007, 56(2): 487-498. 20 Dimitar Baronov, John Baillieul.Decision Making for Rapid Information Acquisition in the Reconnaissance of Random FieldsJ.Proceedings of the IEEE, 2012, 100(3): 776-801.其它说明指导教师是否同意开题签名:2012 年 月 日教研室教学负责人签署签名:2012 年 月 日说明： 1、开题报告工作从第七学期学生确定毕业设计（论文）题目后开始，在教 师指导下，学生通过调研、收资后，于第八学期第四周前完成。 2、纸张填写不够可另加附页。
