文献综述--一种多功能搜救机器人的设计

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1、 2013 2013 届届本科毕业设计（论文）文献综述本科毕业设计（论文）文献综述 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 1.前言 机器人大量生产和进入工业部门，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

2、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； 美国 9.11 事件中，其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， 如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

3、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及搜救犬。 2.功能论证 按照预定要求， 机器人应该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

4、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。其硬件功能框图如下： 3.研究内容 本课题设计研究一种多功能搜救机器人，研究了机器人的机械结构、外围电路， 软件时序研究及基于单片机的多路舵机控制方法研究，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

5、的迟滞效应等，这些在调试中出现不少困难，需单独研究； （4）多路舵机控制算法：讨论算法的选择及具体设计思路。 4.算法选择 FPGA、模拟电路、单片机都可以产生舵机的控制信号，但 FPGA 成本高且电路复 杂。对于脉宽调制信号的脉宽变换，常用的一种方法是采用调制信号获取有源滤波后 的直流电压，但是需要 50Hz 信号，这对运放器件的选择有较高要求，从电路体积和 功耗考虑也不应采用。5mV 以上的控制电压的变化就会引起舵机的抖动，对于机载的 测控系统而言，电源和其他器件的信号噪声都远大于 5mV，所以滤波电路的精度难以 达到舵机的控制精度要求。 利用时间微分法单片机最高可以输出 32 路供舵机使

6、用的 PWM 波。方法描述如下： 将一个 20ms 的周期分成 500 个时间段，初始化时将各通道置高电平，定时器初值设 定为 40us，32 个 PWM 通道的脉冲宽度计数器值放在一个数组内，定时器在每个时间 片结束后进入中断程序，各脉冲宽度计数器都减 1，如果值不为 0，对应输出通道输 出值仍为 1，否则取反。中断结束后定时器再复位，开中断，500 个时间段运行结束 后重新开始一个周期，从而产生周期为 20ms 的 PWM 波。该方法最多能输出 32 路 PWM 波，但是会产生大量中断服务程序，对于多中断系统会导致严重的中断丢失问题，例 如本文所设计的机器人需要利用串口进行双向传输数据的系统。 考虑到上述原因，本文使用的是软件延时法，其程序算法说明如下： 已知舵机对于输入的 PWM 波频率规定为 50Hz，但是其对于相位并无要求，鉴于这 个特点，使用软件延时最多能实现 8 路 PWM 波输出。算法描述如下： （1）A 路输出 2.5ms 脉冲（根据设定角度输出相应时间的正脉冲，不足时间由低 电平补至 2.5ms） ，此时其他五路无输出，即