【正文】 護(hù)至關(guān)重要?？梢圆捎美锍逃?jì)進(jìn)行定位，也可以借助于GPS進(jìn)行定位。在視頻檢測(cè)和位置定位這兩方面國(guó)內(nèi)外已經(jīng)有了長(zhǎng)足的發(fā)展，技術(shù)基本成熟，有成功的應(yīng)用案例，對(duì)本項(xiàng)目提供了技術(shù)的支撐。 客戶需求 通過對(duì)小區(qū)安防監(jiān)控機(jī)器人工作環(huán)境的分析和小區(qū)保安人員的工作進(jìn)行科學(xué)的分析，對(duì)客戶的需求進(jìn)行梳理，歸納如下：一、用戶對(duì)“小區(qū)安防監(jiān)控機(jī)器人”的客戶需求：在小區(qū)內(nèi)進(jìn)行巡邏工作時(shí)，機(jī)器人能夠從保安室出來，自主行走，進(jìn)行路徑規(guī)劃。機(jī)器人在小區(qū)內(nèi)進(jìn)行巡邏工作時(shí)，實(shí)時(shí)拍攝圖像并傳輸給監(jiān)控臺(tái)，在視頻監(jiān)控界面進(jìn)行顯示，及時(shí)反饋給保安人員。機(jī)器人當(dāng)發(fā)現(xiàn)自身的電位不足時(shí)，自主返回保安室，進(jìn)行自主充電。當(dāng)機(jī)器人偏離運(yùn)動(dòng)軌道時(shí)，監(jiān)控人員可以指揮機(jī)器人進(jìn)行被動(dòng)運(yùn)動(dòng)，回歸到正常的軌道。二、完成用于人機(jī)交互的“控制臺(tái)”的客戶需求：產(chǎn)品要求：操作界面友好；能夠向機(jī)器人發(fā)送運(yùn)動(dòng)指令；能夠向機(jī)器人發(fā)送“圖像接收”指令；三、產(chǎn)品開發(fā)文檔要求文檔規(guī)范。開發(fā)流程科學(xué)、嚴(yán)謹(jǐn)、詳細(xì)。責(zé)任到人，模塊分工明確。四、產(chǎn)品質(zhì)量： 產(chǎn)品操作方法簡(jiǎn)單。 產(chǎn)品穩(wěn)定性要高、速度要快。第二章 系統(tǒng)方案 可行性分析 經(jīng)濟(jì)可行性小區(qū)安防監(jiān)控機(jī)器人，是安防監(jiān)控領(lǐng)域的新寵，代替保安人員對(duì)小區(qū)進(jìn)行巡邏，不僅節(jié)省人力、物力的開支，還能夠提高小區(qū)安防巡邏工作的質(zhì)量，克服由于保安人員長(zhǎng)時(shí)間工作的而造成的工作懈怠，遺漏食角的問題。本文開發(fā)設(shè)計(jì)的小區(qū)安防監(jiān)控機(jī)器人具有很強(qiáng)的社會(huì)應(yīng)用價(jià)值，主要應(yīng)用領(lǐng)域?yàn)楝F(xiàn)在智能安居小區(qū)、廠礦企業(yè)、企事業(yè)單位的安防巡邏領(lǐng)域。安防巡邏機(jī)器人可以自主的在小區(qū)內(nèi)沿線行走，多方位實(shí)時(shí)采集小區(qū)周邊環(huán)境圖像并傳輸給監(jiān)控臺(tái)，監(jiān)控人員可以足不出戶就能對(duì)小區(qū)內(nèi)的環(huán)境一覽無余。本產(chǎn)品的創(chuàng)新點(diǎn)在于將學(xué)習(xí)功能賦予機(jī)器人，使其具有智能性。在學(xué)習(xí)模式下，對(duì)路況進(jìn)行熟悉，對(duì)路徑進(jìn)行規(guī)劃，從而達(dá)到自主識(shí)別路徑，自主下達(dá)命令，使小區(qū)安防機(jī)器人實(shí)現(xiàn)自主工作。在工作模式下，機(jī)器人可以自主進(jìn)行避障和定位，獨(dú)立完成對(duì)小區(qū)的安防巡邏工作。當(dāng)小區(qū)安防機(jī)器人出現(xiàn)脫離軌道時(shí)可以進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，使其回歸正常軌道，從而達(dá)到了雙重保障。 技術(shù)可行性小區(qū)安防監(jiān)控機(jī)器人應(yīng)用到的技術(shù)問題主要包括傳感器信息融合、視頻監(jiān)控、位置定位技術(shù)等。在以上方面，我們程序了一定的開發(fā)經(jīng)驗(yàn)，參加了多類嵌入式方面的競(jìng)賽，程序了一定的經(jīng)驗(yàn)。2011年，參加“蘇大杯”第四屆江蘇省大學(xué)生機(jī)器人大賽家用吸塵比賽，在這次競(jìng)賽中，我們利用傳感器信息的融合技術(shù)，對(duì)機(jī)器人進(jìn)行路徑規(guī)劃，從中，我們積累了傳感器系統(tǒng)設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)。2012年，參加“博創(chuàng)杯”第八屆全國(guó)大學(xué)生嵌入式物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)大賽，在這次大賽中我們自主研發(fā)了家用吸塵機(jī)器人的行走機(jī)構(gòu)控制系統(tǒng)，在這次競(jìng)賽中，我們?cè)诳刂茩C(jī)器人的運(yùn)動(dòng)方面，積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。在圖像監(jiān)控、位置定位等方面，國(guó)內(nèi)外也有一定的應(yīng)用研究，為本項(xiàng)目的開發(fā)、設(shè)計(jì)提供了強(qiáng)有力的科學(xué)依據(jù)，有了以上的基礎(chǔ)，開發(fā)、設(shè)計(jì)小區(qū)安防監(jiān)控機(jī)器人技術(shù)上是可以的。 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案我們根據(jù)“小區(qū)安防監(jiān)控機(jī)器人”的功能需求以及應(yīng)用的場(chǎng)地，我們?cè)O(shè)計(jì)了以下二套方案。方案一：硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)：“小區(qū)安防監(jiān)控機(jī)器人”行走機(jī)構(gòu)： 履帶式行走機(jī)構(gòu)； 控制設(shè)備：UPMagic6410； 攝像頭：CMOS攝像頭； 傳感器：紅外測(cè)試、電子羅盤，灰度傳感器、光電傳感器 控制臺(tái)：PC機(jī)軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)開發(fā)語言：VC++； 圖像處理技術(shù)：圖像二值化、軌跡映射方案二：硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)：“電力電纜故障監(jiān)測(cè)機(jī)器人”行走機(jī)構(gòu)：輪式行走機(jī)構(gòu)； 操控器：UPMagic6410+2Ceil51； 攝像頭：USB攝像頭； 傳感器：超聲傳感器、電子羅盤，灰度傳感器、光電傳感器 控制臺(tái)：CortexTMA8軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 開發(fā)語言：； 圖像處理技術(shù)：圖像二值化、軌跡映射經(jīng)過充分的論證，我們選擇了技術(shù)方案二，小區(qū)安防機(jī)器人的信息主要包括兩類，一是圖像信息，二是位置信息和運(yùn)動(dòng)指令。監(jiān)控于機(jī)器人是戶外工作，與監(jiān)控臺(tái)之間的通信是通過無線網(wǎng)絡(luò)，處理信息量大，原因方案二，理由是：CortexTMA8外擴(kuò)BLINK無線網(wǎng)卡；機(jī)器人的控制設(shè)備由UPMagic6410和2塊Ceil51，原因是機(jī)器人在工作狀態(tài)下處理的信息量大，位置信息和運(yùn)動(dòng)指令可能不能丟失的原因，三個(gè)硬件設(shè)備分工協(xié)作。QT專業(yè)開發(fā)UI界面，具有良好的跨平臺(tái)性并且設(shè)計(jì)的界面美觀、精制。第三章 總體設(shè)計(jì)小區(qū)安防機(jī)器人總體功能主要包括機(jī)器學(xué)習(xí)和機(jī)器工作兩種模式，本產(chǎn)品是安防監(jiān)控領(lǐng)域的新寵，代替保安人員對(duì)小區(qū)進(jìn)行巡邏。本產(chǎn)品的創(chuàng)新點(diǎn)在于將學(xué)習(xí)功能賦予機(jī)器人，使其具有智能性。在學(xué)習(xí)模式下，對(duì)路況進(jìn)行熟悉，對(duì)路徑進(jìn)行規(guī)劃，從而達(dá)到自主識(shí)別路徑，自主下達(dá)命令，使小區(qū)安防機(jī)器人實(shí)現(xiàn)自主工作。在工作模式下，機(jī)器人可以自主進(jìn)行避障和定位，獨(dú)立完成對(duì)小區(qū)的安防巡邏工作。當(dāng)小區(qū)安防機(jī)器人出現(xiàn)脫離軌道時(shí)可以進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，使其回歸正常軌道，從而達(dá)到了雙重保障。北京博創(chuàng)興業(yè)科技有限公司開發(fā)的UPCUP210 型開發(fā)平臺(tái)，CPU采用CortexTMA8 CORE， UPCUP210 采用基于Samsung 公司最新的S5PV210 嵌式微處理器。S5PV210 是一款16/32 的RISC 微處理器，具有低成本、低功耗、高性能等優(yōu)良品質(zhì)，適用于移動(dòng)電話和廣泛的應(yīng)用開發(fā)。S5PV210 也包含了許多強(qiáng)大的硬件，用于提高任務(wù)運(yùn)行的速度，例如動(dòng)態(tài)視頻處理，音頻處理，2D 圖形，顯示和縮放等。集S5PV210 具有良好的外部存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)。這種優(yōu)化的結(jié)構(gòu)能夠在高端的通信服務(wù)中維持很高的內(nèi)存寬帶。存儲(chǔ)系統(tǒng)擁有兩個(gè)外部存儲(chǔ)器接口、DRAM 和Flash/ROM。UPCUP210 型教學(xué)科研平臺(tái)集成了USB、SD、LCD、Camera 等常用設(shè)備接口，適用于各種手持設(shè)備、消費(fèi)電子和工業(yè)控制設(shè)備等產(chǎn)品的開發(fā)。UPCUP210 型平臺(tái)可以作為計(jì)算機(jī)、電子通訊、軟件開發(fā)等專業(yè)開設(shè)嵌入式軟件課程的教學(xué)平臺(tái)，又可作為廣大從事PDA 和科研單位的參考設(shè)計(jì)平臺(tái)。硬件的選擇以滿足以下功能需要為依據(jù)：機(jī)器人與控制臺(tái)進(jìn)行無線wifi通信，需要無線wifi模塊的支持， UPCUP210 型開發(fā)平臺(tái)，運(yùn)動(dòng)USBWIFI。對(duì)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制是通過指令輸入、發(fā)送等操作完成，與之相關(guān)的人機(jī)交互程序要顯示在LCD屏上，另外圖像控制的指令發(fā)布、圖像顯示等交互程序要顯示LCD屏上，配有7’’LCD觸摸屏，并且固定在底板上。程序開發(fā)過程中，程序燒寫、與開發(fā)板的通信是通過NFS文件系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的，硬件配置如圖31所示。圖31 CortexTMA8硬件配置“安防監(jiān)控機(jī)器人”的運(yùn)動(dòng)控制機(jī)構(gòu)由兩塊Ceil51擔(dān)當(dāng)，分別命名為C51和S51。其中C51指揮控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)， S51對(duì)傳感器采集的信息進(jìn)行融合，為綜合運(yùn)算單元傳遞重要的信息。UPMagic6410（以下簡(jiǎn)稱6410）與C51和S51之間以及C51和S51之間都是通過串口通信的，安防監(jiān)控機(jī)器人與控制臺(tái)的通信是通過無線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行的，包括圖像信息和命令信息以及狀態(tài)信息等。硬件結(jié)構(gòu)圖如圖42所示。 圖32 “安防小區(qū)監(jiān)控機(jī)器人”硬件結(jié)構(gòu)圖“安防監(jiān)控機(jī)器人”按照硬件結(jié)構(gòu)共分為三個(gè)層，上位機(jī)和下位機(jī)和硬件設(shè)備層三部分構(gòu)成，軟、硬件件關(guān)系模塊圖如圖44所示。上位機(jī)運(yùn)動(dòng)位置監(jiān)控視頻監(jiān)控機(jī)器學(xué)習(xí)/機(jī)器工作下位機(jī)網(wǎng)絡(luò)傳輸視頻傳輸路徑?jīng)Q策坐標(biāo)定位視頻采集串口通信V4l2S51C51光電傳感器步進(jìn)電機(jī)攝像頭電子羅盤灰度傳感器硬件層圖33 “安防小區(qū)監(jiān)控機(jī)器人”模塊關(guān)系圖 功能模塊安防機(jī)器人在真正投入工作前需要人工協(xié)助對(duì)指定的生活小區(qū)道路環(huán)境進(jìn)行學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)過程中機(jī)器人按照人工指示自動(dòng)把小區(qū)路徑信息，方位信息，自身坐標(biāo)系統(tǒng)信息以及需要重點(diǎn)巡邏的關(guān)鍵部位信息記憶下來，這些信息將作為機(jī)器人脫離人工指揮，獨(dú)立完成工作（巡邏）時(shí)的重要參考信息，學(xué)習(xí)過程事實(shí)上是機(jī)器人熟悉自己的工作環(huán)境的過程。 安防機(jī)器人對(duì)小區(qū)環(huán)境信息進(jìn)行學(xué)習(xí)后，即可脫離人工干預(yù)，獨(dú)立進(jìn)行工作（巡邏），在工作過程中，安防機(jī)器人依據(jù)學(xué)習(xí)過程中記憶的路徑信息自動(dòng)沿著規(guī)定道路巡邏，并同時(shí)完成以下任務(wù)： 1 通過攝像頭獲取周圍環(huán)境的視頻數(shù)據(jù)，并通過無線網(wǎng)絡(luò)傳送到保安室監(jiān)控大屏顯示。 2 通過超聲波傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)道路路面障礙信息，監(jiān)測(cè)到障礙后自動(dòng)避障。 3 通過羅盤實(shí)時(shí)測(cè)量自己的運(yùn)行方向。 4 通過光電傳感器實(shí)時(shí)測(cè)量自己的運(yùn)行速度和計(jì)算運(yùn)行里程。 5 依據(jù)運(yùn)動(dòng)參數(shù)（方向和運(yùn)行里程）計(jì)算自己當(dāng)前在小區(qū)中的坐標(biāo)。 6 依據(jù)坐標(biāo)信息，向保安人員匯報(bào)自己當(dāng)前在小區(qū)中所處的位置，并顯示在監(jiān)控大屏上。 7 接受保安人員遠(yuǎn)程緊急通知，并按照通知完成規(guī)定的動(dòng)作。 8 自動(dòng)檢測(cè)電量，當(dāng)自身電量不足時(shí)，向保安室發(fā)出通知，并自主返回充電塢充電。 圖34安防監(jiān)控機(jī)器人整體結(jié)構(gòu)圖環(huán)境監(jiān)測(cè)單元及驅(qū)動(dòng)控制單元分別由兩片8051系列單片機(jī)完成。綜合運(yùn)算單元由6410系列arm開發(fā)板為核心部件，監(jiān)控單元由博創(chuàng)upcup210開發(fā)板構(gòu)成。環(huán)境監(jiān)測(cè)單元主要負(fù)責(zé)檢測(cè)機(jī)器人行走過程中路徑、障礙、方位等信息，在本設(shè)計(jì)中稱為S51，外接超聲波測(cè)距、電子羅盤等傳感器，獲取到的環(huán)境信息經(jīng)8051串口送入綜合運(yùn)算單元。驅(qū)動(dòng)控制單元主要依據(jù)綜合運(yùn)算單元送來的決策數(shù)據(jù)完成對(duì)機(jī)器人行走電機(jī)，攝像頭旋轉(zhuǎn)舵機(jī)，充電起落架等動(dòng)力單元的控制和調(diào)節(jié)，在本設(shè)計(jì)中稱為C51。 綜合運(yùn)算模塊綜合運(yùn)算單元作為機(jī)器人的控制中樞，是安防監(jiān)控機(jī)器