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1、 毕业设计报告论文题目: 基于SEP3203平台灭火机器人的设计和实现 电 子 工 程 系 自 动 化 专业摘 要 随着计算机技术的开展，嵌入式系统已成为计算机领域一个重要组成局部，并成为近年来新兴的研究热点。ARM体系的处理器是目前嵌入式系统中使用最广泛的处理器。近几年的机器人大赛中灭火机器人受到了很大的关注。灭火机器人融合了嵌入式技术、传感器技术、路径规划、人工智能、自动控制等多种技术。本论文就是在参加第三届江苏省机器人大赛的过程中完成的。 本文首先说明了所构建的基于SEP3203处理器的PROBOTS灭火机器人的整个系统的硬件设计，接着针对驱动局部的硬件说明了如何用软件控制电机,然后进一
2、步对灭火机器人的避障算法、找火算法和路径规划进行了研究，并根据第三届江苏省机器人大赛的要求给出了以上相关算法的程序及试验结果，同时在试验的过程中总结了软件的优化以及调试的方法和技巧,最后进行了总结与改良意见。关键词: PROBOTS灭火机器人；ARM；SEP3203微处理器； AbstractWith the development of computer technology, Embedded systems has become an important part of the computer field. In recent years and become a new hotspo
3、t. ARM system processor is most widely used processors in the embedded system. In recent years the Robot Contest in fire-fighting robots have been a lot of attention. Fire-fighting robots integrate the embedded technology, sensor technology, path planning, artificial intelligence, automation and oth
4、er technology .This paper is completed in the processof participating the third Robot Contest in Jiangsu Province .This paper first described the entire system of hardware design of fire-fighting robots PROBOTS based on the Construction of SEP3203 processor, Then against some of the drive hardware e
5、xplains how to use software control motor, Then further on the fire-fighting robots obstacle avoidance algorithm, to find the fire algorithm and a research path planning, According the request of the third robot contest of Jiangsu Province ,the above is related to the procedure and method results of
6、 the trial, At the same time in the course of the trial summed up the software debugging and optimizing the methods and techniques; Finally,is the summary and improvement. Keywords: PROBOTS fire-fighting robots; ARM; SEP3203 microprocessors目 录摘要IAbstractII目录III第一章 前言11.1 机器人简介1机器人关键技术11.1.2机器人开展与趋势3
7、1.2 SEP3203微处理器41.2.1 ARM简介及特点41.2.2 SEP3203简介51.2.3 SEP3203微处理器的特点61.2.4 SEP3203微处理器的应用71.3 课题提出意义和主要完成的工作8课题提出意义8主要完成的工作9第二章 Probots灭火机器人硬件介绍112.1.主控制系统硬件框图12传感器系统硬件框图15执行系统17第三章 Probots灭火机器人机械驱动局部硬件设计18电机驱动原理18电机驱动电路193.3 小结23第四章 软硬件调试与方案校验24直流电机软件控制24实践任务25完成自动避障实践25完成自动找火实践26基于测距传感器的沿墙行走行为(完成轨迹
8、运动)27调试技巧28第五章 总结与改良意见33致谢34参考文献35附录37第一章 前言1.1 机器人简介 随着科技的开展和社会的进步，机器人在当前生产、生活中的应用越来越广泛，在有些领域正在替代人类发挥着日益重要的作用。机器人技术的迅速开展，不但使传统工业生产的效率有了大幅度的提高，而且许多高级智能机器人已成为先进制造业中不可缺少的自动化装备，并以惊人的速度向军事、农业、效劳业等领域渗透，在人类生活中产生了深远的影响。自主移动机器人是智能机器人的典型代表，它是一个对外界环境高度开放的智能系统，能够按照给定的任务指令，根据地图信息做出路径规划，并在行进过程中不断感知外部的环境信息，同时对所获得
9、的环境信息进行处理，从而自主地做出各种决策，自动避开障碍物，引导自身平安行驶到指定目的地，执行规定的动作。与固定式机械手相比较，轮式移动机器人具有更广阔的运动空间、更强的灵活性。1.1.1 机器人关键技术机器人技术的开展是一个国家高科技水平和工业自动化程度的重要标志和表达。机器人技术是综合了计算机、控制论、机构学、信息和传感技术、人工智能仿生学等多学科而形成的高新技术，集成了多学科的开展成果，代表高技术的开展前沿，是当前科技研究的热点方向。近几年来 ，逐步应用于移动机器人的技术领域包括:(1)运动控制技术稳健的运动控制技术是移动机器人整体性能的根底，通过时变、不连续控制以及混合策略，根据动力学
10、模型和运动学模型，建立合理的反应控制律，实现车速和转向的自动控制，以及不同工作状态之间的平稳过渡，是该项技术的核心内容。(2) 路径规划技术该技术主要包括基于地理信息的全局路径规划技术和基于传感信息的局部路径规划技术。由于自主式移动机器人在地面上行驶，必须避开它无法通过的或对其平安行驶构成威胁的障碍物或区域，因此局部路径规划，尤其是复杂环境下的路径规划问题，显得更为重要。(3) 实时视觉技术该技术主要涉及到视觉信息的实时采集、预处理、特征提取和模式识别。而且，视觉信息处理的能力、处理速度、处理的可靠性和准确性是决定智能机器人整体性能的决定性因素。(4 )定位和导航技术该技术是现代轮式移动机器人
11、研制所急需的关键技术，也是下一代无人战车的技术根底。位置的测量可以分为相对位置测量和绝对位置测量，测量方法有里程计、惯性导航、主动灯塔、磁罗盘、全球定位系统、地图模型匹配和自然路标导航等。(5)多传感器集成和数据融合技术自主式移动机器人采用测距技术，GPS定位技术和小型陀螺仪技术等多种传感技术来采集不同类型的环境信息。因此，准确地处理和分析不同传感器采集到的信息，用于对所处环境做出准确可靠的描述并据此做出正确的决策和控制，是多传感集成和数据融合研究的任务。(6 )控制体系结构体系结构的研究主要针对有意识行为和反射行为展开。如何将二者统一起来是目前研究热点之一。现在最具代表性的结构系统思想是NA
12、SREM模型和包容体系。(7)高性能计算技术在移动机器人的早期研究工作中，专用硬件结构为多数研究者所采用，这是因为当时市场上的通用硬件不能满足诸如实时图像处理所需的计算能力。近年来，随着计算机计算能力的迅猛提高，研究者们开始采用通用处理器来构建机器人系统。(8) 无线通信与因特网技术这两项技术可以实现多机器人之间的通信和信息共享，以及机器人与外部的联系。1.1.2 机器人开展与趋势 机器人从诞生至今己有50多年的历史，目前，机器人已经逐渐出现在人们的日常生活当中，为人们所熟知。由于移动机器人集成了运动控制、计算机视觉、模式识别、多传感融合、人工智能、无线通讯等多学科先进成果，以及在民用、军事和
13、科学研究等领域有着广泛的应用前景，为各国政府和大公司所关注，近年来在各行各业先后开展了许多移动机器人原型： 家用机器人行业：除了传统的机器人除草机、吸尘器、高尔夫球车等应用外，许多大公司多年来投入巨资用于人性化机器人的研制，这类机器人的普遍特征是配置了多种传感器，包括力传感、视觉传感、声传感、超声波传感、高度传感等，具有无线上网能力，可以进行居家平安监控，家电集中控制，收发电子邮件，实施保姆功能。 工业效劳行业：近年来出现了很多从事设备保养、修理、运输、加油、清洁、保安、救援和监护等工作的专用机器人。在农业方面，移动机器人也派上用场，用途包括喷洒农药化肥、养殖、保护森林等;在办公效劳业，出现了
14、机器人邮递员、传达员和远程办公机器人，例如惠普公司在2002年推出的供会议效劳的移动机器人。 民防领域：移动机器可以参与消防灭火，排除爆炸物，扫雷和搜救工作。例如以色列研制的排爆机器人，就具有探测可疑物，抓取和破坏爆炸装置等功能。科学探索方面：尤其是在人类目前无法到达或进入的环境，移动机器人具有无可比较的优势。2002年Robot研制的金字塔探测机器人，就具备世界上最小的地面探测雷达系统，可以穿透厚度达90厘米的混凝上。美国NASA己经研制出火星探测机器人，以及用于探测星体、维修国际空间站或代替人类完成高风险任务的蜘蛛机器人。科学教育领域：智能移动机器人已经走入中、小学校，并将成为青少年能力、
15、素质培养的智能平台，为信息技术根底教育带来新的活力。随着计算机、微电子、信息技术的快速进步，机器人技术的开发速度越来越快，智能度越来越高，应用范围也得到了极大的扩展。在海洋开发、宇宙探测、工农业生产、军事、社会效劳、娱乐等各个领域，机器人都有着广阔的开展空间与应用前景。机器人正朝着智能化和多样化等方向开展。同时，机器人涉及到的技术也不断扩展，如多传感器信息融合、路径规划、机器人视觉、智能人机接口等，产生了一系列研究课题。 SEP3203微处理器1.2.1 ARM简介及特点 ARM(Advanced RISC Machines)，既可以认为是一个公司的名字，也可以认为是对一类微处理器的通称，还可以认为是一种技术的名字。1991年ARM公司成立于英国剑桥，主要出售芯片设计技术的授权，作为知识产权供给商，本身不直接从事芯片生产，靠转让设计许可由合作公司生产各具特色的芯片，世界各大半导体生产商从ARM公司购置其设计的ARM微处理器核，根据各自不同的应用领域，参加适当的外围电路，从而形成自己的ARM微处理器芯片进入市场。目前，采用ARM技术知识产权(IP)核的微处理器，即我们通常所说的ARM微处理器，已普及工业
