【正文】 重慶大學(xué)本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 目錄探測(cè)機(jī)器人視覺隨動(dòng)系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)畢業(yè)論文重慶大學(xué)本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（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(dòng)系統(tǒng)簡介 4 視覺機(jī)構(gòu) 4 4 5 隨動(dòng)機(jī)構(gòu) 8 DSP簡介 10 本章小結(jié) 113 視覺隨動(dòng)系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 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(xiàn) 24 25 重慶大學(xué)本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（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(xiǎn)的，比如：煤礦井下容易發(fā)生塌方、透水等事故，管道的檢測(cè)維修難度極大。若以探測(cè)機(jī)器人來代替人工作業(yè)，不但能提高安全性，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，而且能提高經(jīng)濟(jì)效益，給人類社會(huì)帶來極大的方便；此外，若探測(cè)機(jī)器人能夠獲得全方位的視野，將會(huì)極大地提高作業(yè)的效率。 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀探測(cè)機(jī)器人作為機(jī)器人學(xué)中的一個(gè)重要分支，早在60年代，工程界就開始了探測(cè)機(jī)器人的研究，其發(fā)展經(jīng)歷了一個(gè)較長的歷程。1962年，美國、英國、日本的一些實(shí)驗(yàn)室等研究機(jī)構(gòu)進(jìn)入這一領(lǐng)域，八十年代，國外掀起了智能機(jī)器人研究熱潮，而且發(fā)展迅速，不少研究機(jī)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(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院、卡內(nèi)基梅隆大學(xué)、日本的Tsugawa[1]。九十年代，主要研究熱點(diǎn)是將各種控制方法應(yīng)用到智能移動(dòng)探測(cè)機(jī)器人的控制。典型的機(jī)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(dòng)機(jī)器人。我國政府非常重視機(jī)器人技術(shù)，從國家863計(jì)劃實(shí)施之初到現(xiàn)在一直將機(jī)器人技術(shù)列為重點(diǎn)支持方向?！笆濉逼陂g，國家863計(jì)劃機(jī)器人技術(shù)主題重點(diǎn)支持了數(shù)控、工程機(jī)械、盾構(gòu)、生產(chǎn)線、水下載人潛器、危險(xiǎn)作業(yè)機(jī)器人、醫(yī)療機(jī)器人和仿人仿生機(jī)器人等，較為全面對(duì)路徑規(guī)劃、視覺導(dǎo)航、信息融合、自動(dòng)駕駛等一些基本的智能機(jī)器人技術(shù)做了探索。幾十年來世界機(jī)器人的研究發(fā)展相當(dāng)迅速，取得了相當(dāng)多的成果值[2]。 1997年，卡內(nèi)基－梅隆大學(xué)機(jī)器人研究所在智利阿特卡馬沙漠上的測(cè)試了他們研究的“流浪者”（nomad）號(hào)機(jī)器人。阿特卡馬沙漠的環(huán)境類似于月球和火星的表面，測(cè)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(cè)試中還包括車體在復(fù)雜地形上的行駛能力測(cè)試。其驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)、通信、傳感器的設(shè)計(jì)都比較有創(chuàng)意，可以為設(shè)計(jì)月球車提供參考。2003年7月，日本東京大學(xué)和三井造船公司公開了新研制的海底探測(cè)機(jī)器人。這種機(jī)器人的潛水深度可達(dá)4000米，其搭載的探測(cè)裝置能夠準(zhǔn)確把握周圍狀況，前方若出現(xiàn)障礙物，它搭載的計(jì)算機(jī)會(huì)準(zhǔn)確作出判斷，操縱機(jī)器人自動(dòng)繞開，到達(dá)指定目的地之后，航行誤差僅為約30米。新型海底探測(cè)機(jī)器人靠傳感器檢測(cè)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(cè)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(cè)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(jī)器人在甘肅蘭州宣告誕生，三兄弟分別是“水下綜合探測(cè)機(jī)器人”，“水下清刷機(jī)器人”和代號(hào)為GNOM的小型機(jī)器人。這三位機(jī)器人的誕生使我國告別了沒有同類機(jī)器人的空白，其中水下綜合探測(cè)機(jī)器人和水下清刷機(jī)器人在國內(nèi)外都是“獨(dú)生子”，而小型機(jī)器人則是引進(jìn)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(fèi)用成本低的明顯優(yōu)勢(shì)。 課題的目的和意義在當(dāng)代工業(yè)生產(chǎn)中，存在著大量環(huán)境復(fù)雜的高危工種。如煤礦、管道、排爆等，對(duì)工作人員的生命安全構(gòu)成了嚴(yán)重的威脅。移動(dòng)探測(cè)機(jī)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(shí)降低了勞動(dòng)強(qiáng)度 [3] 。隨著現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)、傳感器技術(shù)以及信息處理技術(shù)的發(fā)展，探測(cè)機(jī)器人的應(yīng)用范圍已不僅僅局限于危險(xiǎn)區(qū)域。農(nóng)業(yè)、醫(yī)療、空間探測(cè)等，也大量出現(xiàn)了探測(cè)機(jī)器人的身影。探測(cè)機(jī)器人要實(shí)現(xiàn)在未知和不確定環(huán)境下運(yùn)行，必須具備自動(dòng)導(dǎo)航和避障功能[4]。視覺隨動(dòng)系統(tǒng)是探測(cè)機(jī)器人的關(guān)鍵部分，它通過對(duì)未知環(huán)境的感知，自動(dòng)探測(cè)搜索目標(biāo)，并且能成功的避開障礙物，快速準(zhǔn)確平穩(wěn)的到達(dá)目的地，作出相應(yīng)的決策。本課題研究目的是：一，設(shè)計(jì)探索機(jī)器人視覺隨動(dòng)系統(tǒng)；二，控制機(jī)器人主動(dòng)感知環(huán)境，尋找目標(biāo)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(jì)視覺隨動(dòng)機(jī)構(gòu)并通過軟件設(shè)計(jì)對(duì)視覺傳感器進(jìn)行隨動(dòng)控制。由于視覺隨動(dòng)機(jī)構(gòu)對(duì)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(dá)達(dá)到對(duì)視覺傳感器的控制。為了設(shè)計(jì)機(jī)器人視覺隨動(dòng)機(jī)構(gòu)，首先要選購伺服馬達(dá)，確定伺服馬達(dá)參數(shù)。機(jī)器人機(jī)電控制系統(tǒng)中，伺服馬達(dá)控制效果是性能的重要影響因素。伺服馬達(dá)可以 在微機(jī)電系統(tǒng)和航模中作為基本的輸出執(zhí)行機(jī)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?；谒欧R達(dá)，可以設(shè)計(jì)一個(gè)視覺隨動(dòng)機(jī)械結(jié)構(gòu)，包括一個(gè)可靠性高、穩(wěn)定的攝像頭支架。 本章小結(jié) 探測(cè)機(jī)器人作為智能機(jī)器人的一個(gè)分支，在現(xiàn)代人類社會(huì)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(jī)器人研究的一個(gè)重點(diǎn)和熱點(diǎn)。幾十年來其發(fā)展非常迅速，取得相當(dāng)多有意義的成果。本章詳細(xì)介紹了國內(nèi)外探測(cè)機(jī)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(xué)機(jī)器人研究所研究的“流浪者”（nomad）號(hào)機(jī)器人。本章重點(diǎn)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(chǎng)所進(jìn)行人工作業(yè)，隨時(shí)都可能給施工人員帶來生命威脅。因此，用機(jī)器人代替人類在這些環(huán)境里工作，將給人類帶來希望。機(jī)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(dòng)導(dǎo)航和避障功能，視覺隨動(dòng)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(jì)探索機(jī)器人視覺隨動(dòng)機(jī)構(gòu)，并設(shè)計(jì)軟件算法對(duì)視覺傳感器進(jìn)行隨動(dòng)控制。重慶大學(xué)本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 視覺隨動(dòng)系統(tǒng)簡介2 視覺隨動(dòng)系統(tǒng)簡介 視覺機(jī)構(gòu) 攝像機(jī)是產(chǎn)生圖象信號(hào)的部件，也是探測(cè)機(jī)器人視覺系統(tǒng)的重要組成部分。攝像機(jī)由光學(xué)鏡頭、攝像元件、視頻放大及同步掃描電路、光強(qiáng)控制等部件組成 [5] 。前方景物經(jīng)光學(xué)鏡頭生成光學(xué)圖像, 攝像元件的感光表面能按照光學(xué)像上各點(diǎn)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(hào)視頻信號(hào), 經(jīng)視頻放大器放大并加入規(guī)定的同步信號(hào)后輸出。下面我們?cè)敿?xì)分析攝像機(jī)的組成部件。 光學(xué)鏡頭的作用是產(chǎn)生景物的光學(xué)像, 并把它投射在攝像器件的感光表面上。光學(xué)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(shí)際是幾個(gè)焦距不同的定焦鏡頭的組合,其某些光學(xué)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(xué)鏡頭的重要技術(shù)參數(shù)是焦距和相對(duì)孔徑。對(duì)于一定尺寸的攝像元件而言, 光學(xué)鏡頭的焦距決定了電視攝像機(jī)的視場(chǎng)大??；攝像鏡頭的另一個(gè)重要參數(shù)是入瞳直徑D與焦距f之比D/f , 叫做相對(duì)孔徑。而F/D通常叫做F數(shù)。它對(duì)靶面上像的照度有重要影響。 攝像器件的作用是把光學(xué)圖像轉(zhuǎn)換成電信號(hào)輸出。CCD與CMOS傳感器是當(dāng)前被普遍采用的兩種圖像傳