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1、目录第一章 绪论11.1 引言11.2 课题研究的背景及意义31.2.1 课题研究的背景31.2.2 课题研究的意义31.3 机器人的研究现状31.3.1 国外研究现状31.3.2 国内研究现状51.3.3 本系统研究现状5第二章 搜救机器人本体结构分析62.1.机器人定义描述62.2 机器人结构原理图72.3 微控制器82.4 自带传感器8第三章 基于搜救竞赛为平台的搜救系统分析93.1 搜救机器人移动测量端系统分析93.1.1 搜救机器人的移动系统分析103.1.2 搜救机器人的测量系统分析113.2 搜救机器人显示报警端143.2.1 搜救机器人的显示端143.2.2 搜救机器人的报警端
2、16第四章 基于搜救竞赛为平台的系统软硬件设计174.1 系统硬件设计174.1.1 远红外火焰火焰探头的安装174.1.2 地面检测模块的安装194.2 系统软件设计204.2.1 图形化编程214.2.2 JC 语言23结论28致谢29参考文献30第一章 绪论1.1 引言机器人大量生产和拥入工业部门,代替人从事有害的生产活动,是新的工业革命特征之一。 1982年美国对未来机器人的发展曾用特尔斐法作过预测。预计今后十几年里,非伺服、不可编程序的机器人将绝迹。到1995年,95的工业机器人为智能、万能和可编程的机器人。其中一项具体预测是,到1990年机器人中25有视觉功能；20有触觉功能。在新
3、型装配机器人中,45为可编程序系统。日本机器人协会预测:八十年代将是日本机器人生产发展的一个重要时期。中国机器人的研究二十世纪七十年代开始的，至今已有30多年，到目前为止大体分为三个时期：摇篮期，规划发展期及拓广发展期。但相对于日本，美国，欧洲等发达国家来说，还处于追赶阶段；例如，美国9.11事件中，美国国内主要机器人生产公司和研究机构都组织参加了纽约世贸大厦现场的搜救工作，他们是南佛罗里达大学机器人辅助搜寻与救援研究中心，MIT的IRobot公司,美国海军的SPAWAR研究中心，以及具有五十多年历史的Foster Miller公司等。据时代周刊报道：在最初的十天当中，救援机器人在搜救犬，人工
4、无法抵达的狭小或危险区域找到十余具遇难者的遗体，与现场搜救工作人员找到的数量基本相同，但所花的时间却不到现场救援人员花费时间的一半。而我国在四川地震中，据资料显示，搜救机器人并未得到很好的利用，参加搜救的主要还是以消防官兵，搜救犬及支援人士。本系统结合现实应用，分析搜救原理及具体方法，以能力风暴AS-UII机器人为依托，在此基础上，使用硬件扩展，有远红外火焰传感器，光敏传感器，AS地面灰度传感器，红外避障传感器；使用软件编辑，用vjc1.6图形化编程和jc代码程序编辑。通过对本系统的调试，最终实现了搜救机器人的搜救功能。1.2 课题研究的背景及意义1.2.1 课题研究的背景机器人是人类智慧的产
5、物，他能完成人类无法实现的作业，20世纪就已经得到社会各界人士高度重视的机器人，在21世纪更是如娇娇宠儿，得到世人关注。随着全球环境的变化，工作、生活中发生的意外事故的增多，一个必要的无人操作搜救机器人必然诞生。人类本体的搜救能力越来越显得拘束，人类在智慧上超出动物很多，但在特定环境的适应上就要比动物差很多。虽然人发明了很多的技术弥补了这一不足，但明显可以看到，舰船的灵活性比不上鱼类，飞机的灵活性比不上鸟类甚至昆虫，车辆的地形适应性比不上四条腿的动物。搜救机器人的研究可以弥补我们这方面的不足，对社会产生大的经济效益。搜救机器人的研究可以满足一些行业的需求。机器人由于其天生的多自由度，多冗余自由
6、度，可以在狭小的空间内穿梭，可以满足在复杂环境中搜救、侦查、排除爆炸物等反恐任务；航空航天领域可用其作为行星表面探测器，轨道卫星的柔性手臂；工业上则可应用于管道排污机器人等方面。1.2.2 课题研究的意义1）课题研究的社会意义搜救机器人的研究给搜救工作带来很大的方便，在灾难发生后，能够快速地投入到搜救工作中，提高搜救效率，减少人员伤亡，失踪等不幸事故，更好的为社会服务。2）课题研究的科学意义搜救机器人的研发，在很大程度上弥补了广茂达在搜救领域的不足，为后期更好的扩展，奠定了基础。1.3 机器人的研究现状1.3.1 国外研究现状近十年来，尤其是“9.11”事件之后，美国、日本等西方发达国家在地震
7、、火灾等救援机器人的研究方面做了大量的工作，研究出了各种可用于灾难现场救援的机器人。1）履带式机搜救机器人履带式机器人是为了满足军事侦察、拆除危险物等作业的需要，在传统的轮式移动机器人的基础上发展起来的。图1-1给出了目前国际上几家著名机器人公司的典型产品，他们主要是为了满足军事需要而开发的，体积普遍偏大，不太适合在倒塌的建筑物废墟中狭小空间内搜寻幸存者。 （a）Foster-Miller公司 （b）Inuktun公司的 （c）SPAWAR的的SOLEM机器人 Minitrac机器人 urbot机器人 图 1-1 机器人公司给出的典型产品2）可变性（多态）搜救机器人 为了能进入狭小空间展开搜救
8、工作，要求机器人的体积要尽可能小，但体积小了搜索视野就会受到限制，为了解决这已矛盾，近年来在传统牵引式多态搜救机器人。图1-2为美国Irobot公司生产的Packbot系列机器人，packbot机器人有一对鳍形前肢，这对鳍形前肢可以帮助崎岖的地面上导航，也可以升高感知平台以便更好地观察。图1-3为加拿大inuktun公司MicroVGTV 多态搜救机器人，他可以根据搜索通道的大小及搜寻范围的远近灵活地调整形状和尺寸。 (a)正常状态 （b）直立状态图1-2 美国Irobot公司packbot多态搜救机器人 （a）平躺状态 （b）半直立状态 （c）直立状态图1-3 加拿大Inuktun公司Mic
9、ro VGTV多态搜救机器人3)仿生搜救机器人虽然履带式可变形多态机器人可根据搜索空间的大小改变其形状和尺寸，但受驱动方式的限制，其体积不可能做得很小。为了满足对更狭小空间搜索的需要，人们根据生态学原理研制了各种体积更小的仿生机器人，其中蛇形机器人就是其中很重要的一类。图1-4(a)为cmu研制的安装的蛇形机器人。图4（b）为日本大阪大学研制的蛇形机器人。图1-4（c）为美国加州大学伯克利分校研制的身高不足2cm的苍蝇搜救机器人。随着技术的不断成熟，相信蛇形、蝇形等仿生机器人会在灾难搜救工作中发挥越来越大的不可替代的特殊作用。 （a）CMU研制的基于移动 (b)日本大阪大学研制的 （c）加州大
10、学伯克利平台的蛇形机器人 蛇形机器人 分校研制的苍蝇机器人图1-4仿生机器人1.3.2 国内研究现状在日本大阪大学研制出蛇形机器人不久，我国中国科学院沈阳自动哈研究所，国防科技大学，北京航空航天大学等单位也都相继研制出了类似的蛇形机器人系统。在5.12地震发生后，针对乱石之中被埋在抚恤下的生命很难发现，“如果有能穿越乱石的机器人，也许就可以发现废墟下的生命迹象从而救出更多的人！“谢敬涛等5位重庆交大的5位同学经过商量后便有这个想法，发明一个越障能力强的机器人-蛇形机器人（图1-5）.图1-5 谢敬涛向记者展示能翻越障碍的机器人1.3.3 本系统研究现状本系统基于AS-UII机器人为平台，在此基
11、础上加以扩展，结合国内外搜救机器人发展现状，以机器人竞赛为例，归纳总结出搜救机器人的运算方法和扩展设备的应用。本系统现状优点是以AS-UII机器人为平台，可扩展空间大，利用的设备较多，可以从多个方面实现搜救效果；缺点是AS-UII机器人平台处于低发展中阶段，有些功能不是很完善，电机转速慢，不易于快速灵活的发展被搜救目标。本系统主要研究搜救机器人执行搜救过程中的算法及其扩展设备的应用，对机器人的行动速度和灵活度不作具体分析，此方面的不足等待后期研究。第二章 搜救机器人本体结构分析本系统是基于能力风暴广茂达公司生产的AS-UII机器人为平台，在此基础上做相应的扩展，以智能机器人搜救竞赛为例，以实现
12、其红外壁障，地面检测，亮度检测的功能。AS-UII是面向教育的新一代智能移动机器人。AS-UII有一个功能强大的微处理系统和传感器系统，而且它还能扩展听觉、视觉和触觉，成为真正意义上的智能机器人。AS-UII是专门为大学进行课程教学、工程训练、科技创新以及研究服务的新型移动智能机器人。2.1.机器人定义描述我国科学家对机器人的定义是：“机器人是一种自动化的机器，所不同的是这种机器人具备一些与人或生物相似的智能能力，如感知能力、规划能力、动作能力和协同能力，是一种具有高度灵活性的自动化机器”。智能机器人是21世纪的热点，也是一个国家整体实力的显示。智能机器人是一个多科学的综合，设计机械设计和制作
13、传感器、控制与规划、电子电气、计算机与信息处理、通讯、能源、材料、系统工程。能力风暴是广茂达公司开发的对动手和实现能力培养的机器人平台，它还可以借助于交互式C语言和开发式接口进一步提高机器人的开发潜力。该机器人外形成圆盘状，底盘上有两个主动轮和两个导向轮（图2-1），自带的传感器有：碰撞传感器、红外传感器、光敏传感器、光电编码器等，同时利用硬件扩展总线SBUS可以增加红外扩展卡以及其他各种类型的传感器。通过该机器人可以实现设计者做希望的各种动作和任务。从任务的实现过程中可以使设计者的各种能力得到进一步的训练和提高。AS-UII 是面向教育的新一代智能移动机器人教学平台。其主控制器为32位ARM
14、7系列控制芯片，并配有光敏、红外、声音等多种传感器。通过编程能对外界环境敏捷地作出反应，除了提供有独立的ASBUS总线，还有各类数字、模拟接口，能方便地对机器人现有功能进行扩展。表 1 AS-UII机器人具体参数名称及性能指标参数名称性能指标外形尺寸（mm）直径220 高H150重量（kg）1.1运行可实现R=0转弯，速度可调，最高速度60cm/s电池额定电压7.2，锂电池；可充电：1000次连续工作时间2h串口速度9600bps人机交互可通过程序的下载，执行界定的功能并将信息反馈，实现人机交互扩展可进行机械、电子、软件的扩展、ASBUS扩展 图 2-1 AS-UII机器人结构简图 pc外部存储器4只碰撞传感器2只红外传感器2只光敏传感器2只光电编码器1只麦克风各种外部扩张卡稳压与低电压复位系统2只直流电机LCD电机驱动喇叭1只直流电机或伺服电机喇叭驱动直流驱动串口通讯ASBUS总线单片机2.2 机器人结构原理图图2-2 能力风暴智能机器人的系统结构2.3 微控制器采用Motorola生产的68HC11E1，其内部有CPU，片内存储器，定时器系统，串行口、A/D、并行I/O口，中断和复位系统组成。是主板
