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1、精品文档，仅供学习与交流，如有侵权请联系网站删除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：xx学 号：xx指导教师：xx专 业：xx重庆大学自动化学院二OO八年六月Graduation Design(Thesis) of Chongqing UniversityThe Software Design of Dynamic System of Detection RobotUndergraduate: Xia XiaodongSupervisor: Assit-Prof. Xie ZhaoliMajor: AutomationCollege of Automatio
2、n Chongqing UniversityJune 2008【精品文档】第 页摘 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对视觉随动系统进行了软件设计。前期工作中，主要进
3、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。通过软件设计，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ABSTRACTCurrently there is an increasing number of robot
4、s used in non-manufacturing sector.Compared to the manufacturing sector, its main feature is the unstructured work environment and uncertainty.This put forward higher requirements on robots.so,Robots need to have the walking function, the external perception and the ability of local autonomy, such a
5、s planning capacity.Therefore, the detection of mobile robot is becoming a major hot spots.The mobile-detect robot is able to Plan a way according to the map information stored in itself or based on the external environment provided by some guidance signals and complete tasks in the absence of inter
6、vention of hunman beings.For the above characteristics, this paper will design the visual dynamic exploration of robot , and the DSP-based visual servo control of the software design.The Preparatory work is mainly for device selection, analysis, purchasing, including CCD sensors, DSP, U-shaped frame
7、 and servo motors.On this basis, designed to detect the robot with the dynamic visual body.the device of CCD has high sensitivity , the spectrum is also sensitive to a wide-band.change The optical image electrical signals output.though the processing of the image acquisition card ,digital video sign
8、al , DSP controller process and operate on it to produce PWM wave.The servo motor control lead the rotation of visual body realize the dynamic control of the vision system .Finally, the system debug and improve a series of issue and the realization of the vision sensor with a good dynamic control.Ke
9、y words：Detecting robot,With vision system ,DSP, Servo Motors，The software design目 录中文摘要ABSTRACT1绪论1 1.2 国内外研究现状11.3 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32 视觉随动系统简介42.1 视觉机构42.1.1摄像机42.1.2视频输入处理器SAA711152.2 随动机构82.3 DSP简介102.4 本章小结113 视觉随动系统的软件设计133.1编程环境CCS2000133.2伺服马达控制原理143.3视觉随动系统控制原理163.4软件设计流程图163
10、.4.1主程序流程图163.4.2 SAA7111初始化流程图193.4.3 PWM产生流程图及子程序193.5本章小结204 系统调试215 结论 226 致谢23参考文献241 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
11、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，其中较为著名的有美国标准与技术研究院、卡内基-梅隆大学、日本的Tsugawa1。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
12、、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
13、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。 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
14、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高危工种。如煤矿、管道、排爆等，对工作人员的生命安全构成了严重的威胁。移动探测机器人的研究为恶劣环境下的人工作业带来了希望，提高了安全性，同时降低了劳动强度 3 。随着现代计算机技术、传感器技术以及信息处理技术的发展，探测机器人的应用范围已不仅仅局限于危险区域
15、。农业、医疗、空间探测等，也大量出现了探测机器人的身影。探测机器人要实现在未知和不确定环境下运行，必须具备自动导航和避障功能4。视觉随动系统是探测机器人的关键部分，它通过对未知环境的感知，自动探测搜索目标，并且能成功的避开障碍物，快速准确平稳的到达目的地，作出相应的决策。本课题研究目的是：一，设计探索机器人视觉随动系统；二，控制机器人主动感知环境，寻找目标和障碍物，为决策提供数据基础。1.4 课题的研究内容本课题的任务是设计视觉随动机构并通过软件设计对视觉传感器进行随动控制。由于视觉随动机构对系统影响很大，因此要求它紧凑、可靠、稳定性高；另外用软件算法控制伺服马达达到对视觉传感器的控制。为了设计机器人视觉随动机构，首先要选购伺服马达，确定伺服马达参数。机器人机电控制系统中，伺服马达控制效果是性能的重要影响因素。伺服马达可以 在微机电系统和航模中作为基本的输出执行机构，其简单的控制和输出使得DSP控制器系统非常容易与之接口。基于伺服马达，可以设计一个视觉随动机械结构，包括一个可靠性高、稳定的摄像头支架。1.5 本章小结 探测机器人作为智能机器人的一个分支，在现代人类社会的生产中的作用越来越大，已经渗透到了很多重要的领域，是目前国内外机器人研究的一个重点和热点。几十年来其发展非常迅速，取得相当多有意义的成果。本章详细介绍了国内外探测机
