开题报告--一种多功能搜救机器人的设计

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1、 2013 届本科毕业设计（论文）开题报告届本科毕业设计（论文）开题报告 题 目 一种多功能搜救机器人的设计 学 院 电气与自动化工程学院 毕业设计(论 文)题目 一种多功能搜救机器人的设计一种多功能搜救机器人的设计 一、课题背景和意义 地震、 火灾等灾难发生后,搜寻废墟中的幸存者,给予相应的医疗救助,并尽快救出 被困者是救援人员面临的紧迫任务。统计表明,超过 48 小时后被困在废墟中的幸存者 存活的概率十分低。由于灾难现场情况复杂, 救援人员受到有害物、烟雾等危险的情 况下是很难进入现场开展救援工作的,此外,废墟中形成的狭小空间使搜救人员甚至搜 救犬也无法进入。 近十年来, 尤其是 911

2、事件之后, 美国、日本等西方发达国家在地震、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。 以牵引和运动方式的不同搜救机器人主要可分为以下几类: （1）履带式搜救机器人：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。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。 （2）可变形( 多态) 搜救机器人：为了能进入狭小空间展开搜救工作, 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, 为了解决这一矛盾, 近年来在 传统牵引式搜救

3、机器人平台基础上, 研制出了形态可变的履带式多态搜救机器人。美 国 iRobot 公司生产的 PackBot 系列机器人有一对鳍形前肢, 这对鳍形前肢可以帮助 在崎岖的地面上导航, 也可以升高感知平台以便更好地观察。 高速准确的搜索与识别幸存者是救援机器人完成任务的关键，稳定可靠的通讯与 良好的人机交互能力是救援机器人完成工作的保障。在实际运作中，无线通讯方式的 机器人有大约 25%左右的时间由于通讯问题而无法正常工作； 图像智能识别能力不足, 救援人员绝大部分时间( 超过 80%) 都在用于对机器人发回图像的分析、辨别上；人 机交互能力差, 机器人操作困难等。 二、课题研究的主要内容 本课题

4、设计了一种多功能搜救机器人，研究了上位机与下位机的数据通讯，根据预置 指令使得上位机能够读取机器人外围硬件设备的数据，同时也能对机器人的运动、舵机、 水泵进行控制。具体包括： （1）机器人机械结构设计：包括机械装置设计，机械强度测验等，保证搜救机器人 有较好的越野性和抗震能力； （2）外围电路设计：包括电源供应，光检测电路，热释电红外人体检测电路及烟雾 报警电路等； （3）软件时序研究：涉及到舵机的控制信号周期，温度检测元件，电机启动惯性导 致的迟滞效应等； （4）多路舵机控制算法：讨论算法的选择及具体设计思路。 三、课题研究的重点及解决思路 本课题重点需要解决主要是串口通讯的方法与内容，多路

5、舵机控制的算法等。 解决思路： 1.下位机发送的数据类型较多，编写程序时需要使用串口调试助手观察数据收发是否 正常、内容是否正确。 2.由于机器人需要使用串口进行数据通讯，中断数量非常多，因此舵机控制应该避免 使用定时器中断来完成，综合考虑采用软件延时法来控制。 3.舵机的控制需要满足 20ms 的周期，调试时使用 Protues 进行硬件仿真并使用虚拟 示波器观察时序，在实物硬件上使用示波器观察输出波形。 四、课题的预期成果 机器人满足搜与救两项功能。搜救机器人集成了温度传感器、烟雾传感器，可以辅助 反映救灾现场情况，同时可以将这些信息发送到上位机，告知搜救人员搜救时将会遇到的 问题。车上装

6、有热释电红外线传感器和无线摄像头，可以进行较远距离的生命探测，告知 搜救人员目标位置。同时当车行进到被困人员前，可以向其提供营养液，为正式的救援提 供宝贵的时间，这一功能是许多搜救车都没有体现出来的。车上装有机械手，主要帮助搬 运压在被困人员身上的物体，同时如搜救车行进途中遇到障碍，也可以使用它进行搬运排 除。无线通讯距离长，抗干扰能力强，操作指令丰富并可编程，能满足大量操作需求。 五、开展课题研究所需的条件、主要困难及解决办法 所需条件：熟悉 ATmega16 单片机的应用；熟练使用 C 语言；掌握 WINAVR 编译系 统与 Protues 硬件仿真系统；掌握良好的模电、数电基础知识；深入理解运用时间微分、 软件延时算法。 主要困难：搜救机器人机械平台设计，舵机控制算法的编写，上位机与下位机通讯功 能的实现。 解决办法：通过查阅资料了解目前搜救机器人的研究情况与研究水平，研究观察优秀 机器人的机械机构。查阅资料分析多路舵机的控制算法。参考书籍编写上位机控制软件。 起止日期 论文工作进度（主要内容、完成要求） 2013-02-10 2013-02-21 外文