【正文】 重慶大學本科學生畢業(yè)設(shè)計（論文） 目錄探測機器人視覺隨動系統(tǒng)的軟件設(shè)計畢業(yè)論文重慶大學本科學生畢業(yè)設(shè)計（論文） 目錄目 錄中文摘要 ⅠABSTRACT Ⅱ1緒論 1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 1 課題的目的和意義 2 課題的研究內(nèi)容 2 本章小節(jié) 32 視覺隨動系統(tǒng)簡介 4 視覺機構(gòu) 4 4 5 隨動機構(gòu) 8 DSP簡介 10 本章小結(jié) 113 視覺隨動系統(tǒng)的軟件設(shè)計 13 13 14 16 16 16 SAA7111初始化流程圖 19 PWM產(chǎn)生流程圖及子程序 19 204 系統(tǒng)調(diào)試 215 結(jié)論 226 致謝 23參考文獻 24 25 重慶大學本科學生畢業(yè)設(shè)計（論文） 1緒論1 緒論 引言眾所周知，惡劣環(huán)境下的人工作業(yè)是很危險的，比如：煤礦井下容易發(fā)生塌方、透水等事故，管道的檢測維修難度極大。若以探測機器人來代替人工作業(yè)，不但能提高安全性，降低勞動強度，而且能提高經(jīng)濟效益，給人類社會帶來極大的方便；此外，若探測機器人能夠獲得全方位的視野，將會極大地提高作業(yè)的效率。 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀探測機器人作為機器人學中的一個重要分支，早在60年代，工程界就開始了探測機器人的研究，其發(fā)展經(jīng)歷了一個較長的歷程。1962年，美國、英國、日本的一些實驗室等研究機構(gòu)進入這一領(lǐng)域，八十年代，國外掀起了智能機器人研究熱潮，而且發(fā)展迅速，不少研究機構(gòu)取得了很多有意義的研究成果，其中較為著名的有美國標準與技術(shù)研究院、卡內(nèi)基梅隆大學、日本的Tsugawa[1]。九十年代，主要研究熱點是將各種控制方法應(yīng)用到智能移動探測機器人的控制。典型的機器人有美國JPL研發(fā)的Athena、微型火星車Nanorover，卡內(nèi)基梅隆研發(fā)的Nomad移動機器人。我國政府非常重視機器人技術(shù)，從國家863計劃實施之初到現(xiàn)在一直將機器人技術(shù)列為重點支持方向?！笆濉逼陂g，國家863計劃機器人技術(shù)主題重點支持了數(shù)控、工程機械、盾構(gòu)、生產(chǎn)線、水下載人潛器、危險作業(yè)機器人、醫(yī)療機器人和仿人仿生機器人等，較為全面對路徑規(guī)劃、視覺導航、信息融合、自動駕駛等一些基本的智能機器人技術(shù)做了探索。幾十年來世界機器人的研究發(fā)展相當迅速，取得了相當多的成果值[2]。 1997年，卡內(nèi)基－梅隆大學機器人研究所在智利阿特卡馬沙漠上的測試了他們研究的“流浪者”（nomad）號機器人。阿特卡馬沙漠的環(huán)境類似于月球和火星的表面，測試行程220km，在其行程中既有自主控制又有幾千千米以外的人工遙控，測試中還包括車體在復雜地形上的行駛能力測試。其驅(qū)動結(jié)構(gòu)、通信、傳感器的設(shè)計都比較有創(chuàng)意，可以為設(shè)計月球車提供參考。2003年7月，日本東京大學和三井造船公司公開了新研制的海底探測機器人。這種機器人的潛水深度可達4000米，其搭載的探測裝置能夠準確把握周圍狀況，前方若出現(xiàn)障礙物，它搭載的計算機會準確作出判斷，操縱機器人自動繞開，到達指定目的地之后，航行誤差僅為約30米。新型海底探測機器人靠傳感器檢測水溫、水中的渾濁度等，并能自主地收集數(shù)據(jù)，可用于探測噴涌熱水的海底火山、沉船、海底礦產(chǎn)資源和生物等。2004年5月它被用于探測到地球上最深的海溝—馬里亞納海溝。 今年3月，首期投資100萬,由甘肅長城水下高技術(shù)有奶公司研發(fā)的三位智能機器人在甘肅蘭州宣告誕生，三兄弟分別是“水下綜合探測機器人”，“水下清刷機器人”和代號為GNOM的小型機器人。這三位機器人的誕生使我國告別了沒有同類機器人的空白，其中水下綜合探測機器人和水下清刷機器人在國內(nèi)外都是“獨生子”，而小型機器人則是引進國外技術(shù)合作的結(jié)晶。他們集“聲成像”等高尖端技術(shù)于一身，在水下各具其能，能夠完成人所無法完成的水下作業(yè)，且不受天氣和環(huán)境影響，具有工作效率高，費用成本低的明顯優(yōu)勢。 課題的目的和意義在當代工業(yè)生產(chǎn)中，存在著大量環(huán)境復雜的高危工種。如煤礦、管道、排爆等，對工作人員的生命安全構(gòu)成了嚴重的威脅。移動探測機器人的研究為惡劣環(huán)境下的人工作業(yè)帶來了希望，提高了安全性，同時降低了勞動強度 [3] 。隨著現(xiàn)代計算機技術(shù)、傳感器技術(shù)以及信息處理技術(shù)的發(fā)展，探測機器人的應(yīng)用范圍已不僅僅局限于危險區(qū)域。農(nóng)業(yè)、醫(yī)療、空間探測等，也大量出現(xiàn)了探測機器人的身影。探測機器人要實現(xiàn)在未知和不確定環(huán)境下運行，必須具備自動導航和避障功能[4]。視覺隨動系統(tǒng)是探測機器人的關(guān)鍵部分，它通過對未知環(huán)境的感知，自動探測搜索目標，并且能成功的避開障礙物，快速準確平穩(wěn)的到達目的地，作出相應(yīng)的決策。本課題研究目的是：一，設(shè)計探索機器人視覺隨動系統(tǒng)；二，控制機器人主動感知環(huán)境，尋找目標和障礙物，為決策提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。 課題的研究內(nèi)容本課題的任務(wù)是設(shè)計視覺隨動機構(gòu)并通過軟件設(shè)計對視覺傳感器進行隨動控制。由于視覺隨動機構(gòu)對系統(tǒng)影響很大，因此要求它緊湊、可靠、穩(wěn)定性高；另外用軟件算法控制伺服馬達達到對視覺傳感器的控制。為了設(shè)計機器人視覺隨動機構(gòu)，首先要選購伺服馬達，確定伺服馬達參數(shù)。機器人機電控制系統(tǒng)中，伺服馬達控制效果是性能的重要影響因素。伺服馬達可以 在微機電系統(tǒng)和航模中作為基本的輸出執(zhí)行機構(gòu)，其簡單的控制和輸出使得DSP控制器系統(tǒng)非常容易與之接口。基于伺服馬達，可以設(shè)計一個視覺隨動機械結(jié)構(gòu)，包括一個可靠性高、穩(wěn)定的攝像頭支架。 本章小結(jié) 探測機器人作為智能機器人的一個分支，在現(xiàn)代人類社會的生產(chǎn)中的作用越來越大，已經(jīng)滲透到了很多重要的領(lǐng)域，是目前國內(nèi)外機器人研究的一個重點和熱點。幾十年來其發(fā)展非常迅速，取得相當多有意義的成果。本章詳細介紹了國內(nèi)外探測機器人的研究現(xiàn)狀，并舉出了一些具有代表性的成果，如卡內(nèi)基－梅隆大學機器人研究所研究的“流浪者”（nomad）號機器人。本章重點介紹了本課題的研究目的、意義及研究內(nèi)容。眾所周知，在諸如地下礦井、管道和排爆等高危場所進行人工作業(yè)，隨時都可能給施工人員帶來生命威脅。因此，用機器人代替人類在這些環(huán)境里工作，將給人類帶來希望。機器人要在這些非結(jié)構(gòu)化的環(huán)境里工作，必須具備自動導航和避障功能，視覺隨動系統(tǒng)是其中的關(guān)鍵部分。本課題研究內(nèi)容就是設(shè)計探索機器人視覺隨動機構(gòu)，并設(shè)計軟件算法對視覺傳感器進行隨動控制。重慶大學本科學生畢業(yè)設(shè)計（論文） 2 視覺隨動系統(tǒng)簡介2 視覺隨動系統(tǒng)簡介 視覺機構(gòu) 攝像機是產(chǎn)生圖象信號的部件，也是探測機器人視覺系統(tǒng)的重要組成部分。攝像機由光學鏡頭、攝像元件、視頻放大及同步掃描電路、光強控制等部件組成 [5] 。前方景物經(jīng)光學鏡頭生成光學圖像, 攝像元件的感光表面能按照光學像上各點照度的不同產(chǎn)生相應(yīng)數(shù)量的電荷, 同步掃描電路則按一定順序把這些電荷取出成為電信號視頻信號, 經(jīng)視頻放大器放大并加入規(guī)定的同步信號后輸出。下面我們詳細分析攝像機的組成部件。 光學鏡頭的作用是產(chǎn)生景物的光學像, 并把它投射在攝像器件的感光表面上。光學鏡頭可分為定焦鏡頭與變焦鏡頭。在變焦鏡頭中又有連續(xù)變焦與不連續(xù)變焦之分, 后者實際是幾個焦距不同的定焦鏡頭的組合,其某些光學零件相互共用。 變焦鏡頭的最長焦距與最短焦距之比,叫做變焦比或變倍比,一般在4 至12 之間。光學鏡頭的重要技術(shù)參數(shù)是焦距和相對孔徑。對于一定尺寸的攝像元件而言, 光學鏡頭的焦距決定了電視攝像機的視場大小；攝像鏡頭的另一個重要參數(shù)是入瞳直徑D與焦距f之比D/f , 叫做相對孔徑。而F/D通常叫做F數(shù)。它對靶面上像的照度有重要影響。 攝像器件的作用是把光學圖像轉(zhuǎn)換成電信號輸出。CCD與CMOS傳感器是當前被普遍采用的兩種圖像傳