機器人技術(shù)及應(yīng)用報告模板

1、期末考查報告專業(yè)：嵌入式系統(tǒng)開發(fā)與應(yīng)用學(xué)號： 1109114132姓名：任校東課程名稱：機器人技術(shù)任課教師：畢津滔哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院計算機應(yīng)用技術(shù)系2012年 12月 2日基于履帶式機器人在軍事的發(fā)展概述摘要:偵察機器人系統(tǒng)整合了機械技術(shù)，控制技術(shù)，計算機技術(shù)，通信技術(shù)，計算機圖形學(xué)技術(shù)，感測技術(shù)等 多種理論學(xué)科，是機器人技術(shù)的的一個較新的分支，地面機器人主要是指智能或遙控的輪式和履帶式車輛 . 地面軍用機器人又可分為自主車輛和半自主車輛。自主車輛依靠自身的智能自主導(dǎo)航 , 躲避障礙物 , 獨立完成各種戰(zhàn)斗任務(wù)。半自主車輛可在人的監(jiān)視下自主行使 , 在遇到困難時操作人員可以進行遙控

2、干預(yù)，本文主要是介紹：履帶式機器人。偵察機器人利用自身體積小、隱蔽性好的特點在反恐偵察、長期潛伏中具有重要作用。在偵察探測過程中，操作人員可以將機器人投向待偵察地域，通過遙控的方式調(diào)整機器人的位置及姿態(tài)，機器人通過無線視頻將現(xiàn)場情況發(fā)送到遠程操作端，達到遠程偵察及長期潛伏的目的。關(guān)鍵詞 : 移動機器人，行走機構(gòu)，履帶地盤，地面車； Ground Surveillance Robot；偵察 機器人1 概述現(xiàn)代的人類社會已經(jīng)進入微電子時代,電子計算機特別是微型計算機技術(shù)已經(jīng)滲透到社會發(fā)展的各個領(lǐng)域,人們正在從許多繁雜的體力勞動中和危險的工作崗位上解放出來 ,代之以計算機控制的機器人去完成這些任務(wù)。

3、工作中機器人的參預(yù)同樣有助于排除許多不正常的人為因素干擾 ,使工作精度和工作效率大大提高。 從某種意義上來說 ,戰(zhàn)場是最危險 ,工作任務(wù)最繁重 ,工作精度要求最高的工作崗位。沒有什么崗位能比在槍林彈雨中沖鋒陷陣更危險 ,戰(zhàn)場的警戒 ,彈藥的運輸和裝填都是很緊張、很繁重的工作任務(wù)。子彈、炮彈和導(dǎo)彈的發(fā)射更是要求有極高的精度 ,否則若不能首發(fā)命中就會暴露自己 ,反被敵人消滅。因此 ,在軍事崗位上使用機器人 ,對保存部隊有生力量 ,有效地殺傷敵人 ,在未來的戰(zhàn)爭中立于不敗之地具有十分重要的意義。同樣 ,在若干軍工危險崗位上 ,使用機器人工作 ,也將有助于減少不必要的人員傷亡 ,保障軍工生產(chǎn)的順利進行

4、 ,其意義也是重大的。 .軍事進攻方面 機器人在軍事進攻方面的應(yīng)用是多方面的 ,它能夠在若干危險或艱苦的戰(zhàn)位上代替人進行戰(zhàn)斗 ,不但能夠減少戰(zhàn)斗人員的體力消耗和傷亡 ,而且能夠爭取時間 ,節(jié)約戰(zhàn)斗空間。2 機器人系統(tǒng)總體描述整個系統(tǒng)分為上位機和下位機兩部分 ,上位機為 PC機 ,下位機為機器人上位機通過無線通訊模塊遙控機器人作業(yè) , 實現(xiàn)機器人前進、后退、轉(zhuǎn)彎和越障以及攝像裝置運動等動作 ,下位機利用無線通訊模塊 ,通過傳感裝置,把機器人的移動速度、攝像頭轉(zhuǎn)角、轉(zhuǎn)彎半徑等信息傳回上位機。本文重點對機器人移動載體技術(shù)進行研究。整個系統(tǒng)流程為：通過控制端來控制履帶式機器人，使履帶式機器人到達某一地

5、區(qū)去偵察，當(dāng)履帶式機器人發(fā)現(xiàn)在危險信號時就把信號發(fā)送到服務(wù)端，這時服務(wù)端就做出相應(yīng)的解決方法來解決。圖 1 可變履帶式機器人示意圖3 攝像頭導(dǎo)航系統(tǒng)本系統(tǒng)是基于計算機視覺庫 OpenCv而設(shè)計的， OpenCv由一系列 C 函數(shù)和少量 C+ 類構(gòu)成，實現(xiàn)了圖像處理和計算機視覺方面的很多通用算法，擁有包括300多個C 函數(shù)的跨平臺的中、高層 API 。它不依賴與其它的外部庫，盡管也可以使用某些外部庫。OpenCV 對非商業(yè)應(yīng)用和商業(yè)應(yīng)用都是免費（FREE）的。系統(tǒng)的工作流程如圖2 所示：PC 機控制端打開攝像頭系統(tǒng)攝像頭掃描確認是否有危險物否是發(fā)送到控制端PC 機處理圖 2 攝像頭系統(tǒng)工作流程圖

6、程序運行時，首先打開攝像頭，開始采集圖像數(shù)據(jù)，經(jīng)過處理得到二值化圖像，并在屏幕上顯示。然后進行攝像頭調(diào)整，在實時圖像里出現(xiàn)分別位于圖像四個角的四個矩形，這時調(diào)整攝像頭，使位于寫字板上的四個參考坐標點分別落在四個矩形內(nèi)，即可進行攝像頭標定，后就可以使電腦和機器人之間建立連接，進行通訊。3. 履帶式機器人虛擬設(shè)計技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀：虛擬設(shè)計是 20 世紀 90 年代發(fā)展起來的一個新的研究領(lǐng)域，是計算機圖形學(xué)、人式智能、計算機網(wǎng)絡(luò)、信息處理、機械設(shè)計與制造等技術(shù)綜合發(fā)展的產(chǎn)物。它以計算機仿真和產(chǎn)品生命周期建模為基礎(chǔ)，集計算機圖形學(xué)、人工智能、并行工程、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、多媒體技術(shù)和慪氣現(xiàn)實技術(shù)為一體，在虛擬的條

7、件下對產(chǎn)品進行構(gòu)思、設(shè)計、制造、測試和分析從而提高產(chǎn)品在時間、質(zhì)量、成本、服務(wù)環(huán)境等 多目標中的決策水平，達到全局優(yōu)化和次性工發(fā)成功的目的。通過虛擬設(shè)計可以完成多感官移動機器人的虛擬設(shè)計，虛擬裝配，虛擬運動仿真等工作，并且在虛擬設(shè)計中，設(shè)計人員可以使用各種裝配工具對設(shè)計的機構(gòu)進行裝配檢驗，確定零部件的安裝有無困難，零部件之間是否有干涉現(xiàn)象等 。若有則可以隨時進行改進設(shè)計，從而避免了由于設(shè)計上的疏忽而造成大批零件的報廢。4.3 多感官傳感器本題目為多感官移動式履帶機器人，因此在移動平臺上加裝了視覺傳感器、測距、聲音傳感器多種傳感器。視覺傳感器采用攝像頭，在攝像頭旁邊裝有 LED燈，可以在夜晚使用

8、，在攝像頭的下方裝有紅外線燈，以備特殊情況使用。同時傳感器的本身可以旋轉(zhuǎn)，增加了靈活性和視角。如圖 . . 所示?？傮w設(shè)計方案：本設(shè)計的多感官履帶式機器人移動平臺包括移動平臺的機械系統(tǒng)和動力系統(tǒng)。機械系統(tǒng)又包括底盤和傳動系統(tǒng)。總體布局如圖 3.1 所示。圖 4.1 多感官履帶式機器人平臺總體布局4 機器人的結(jié)構(gòu)特點：1. 機動部件該車采用M114 裝甲人員輸送車底盤 ，整車重 6.8t ，在陸地使用時，該車轉(zhuǎn)向是依靠把內(nèi)側(cè)履帶速度減至外側(cè)履帶速度的一半。車輛 采用電氣促動器控制。轉(zhuǎn)向和加速控制裝置直接由電動機驅(qū)動，而制動、變速及水陸轉(zhuǎn)換促動器均通過循環(huán)球式促動器驅(qū)動。所有促動器均可在無動力時采

9、取應(yīng)急驅(qū)動方式，由此可以快速完成車輛的直接人工 控制和 電氣 控制之間的轉(zhuǎn)換。所有促動器反應(yīng) 時間都小于 0.1s ，快于人的反應(yīng)時間。2. 控制方式該車有手動、操縱桿 和計算機 3 種控制方式。手動控制系為操作手配置 的控制裝置，僅在該車出廠時使用。在實驗時，利用操縱桿控制車輛前進方向，并調(diào)整模擬控制元件。計算機控制方式是把該車改進成自主式車輛的基礎(chǔ)，控制命令可從車載健盤輸入或由車載計算機 自行產(chǎn)生。3. 電子儀器 設(shè)備車上裝有 15 臺車載微處理機，內(nèi)存 8.5 兆字節(jié)；還裝備有側(cè)傾和俯仰角度傳感器 (監(jiān)視高度 ) 以及連續(xù)波多普勒雷達 (提供陸上車速 )。其他子系統(tǒng)還有衛(wèi)星 導(dǎo)航系統(tǒng) 、

10、聲學(xué)接近感 傳感器 、激光 測距儀和磁羅盤等。 觀察系統(tǒng)為 1臺高分辯率攝像機，裝在羅盤控制的活動平臺上，它和激光測距儀的聯(lián)合使用使得該車能準確地模擬周圍 地形。若無人指引，該車能跟隨其他車輛 越障 。近期計劃是論證該車利用車載傳感器跨越簡單障礙物 的能力，遠期目標是驗證該車通過未知地區(qū)的環(huán)航能力。4 無線控制的實現(xiàn)：以一種履帶式移動機器人作為控制平臺, 利用無線收發(fā)一體數(shù)字傳輸MODEM模塊PTR2000芯片抗干擾能力較強的FSK 調(diào)制 / 解調(diào)原理, 通過移動機器人身上單片機對機器人各個關(guān)節(jié)步進電機的控制, 實現(xiàn)了移動機器人與PC之間數(shù)據(jù)的無線傳輸。采用微波開路電視傳輸系統(tǒng)MTVT 91衛(wèi)

11、星通訊傳輸技術(shù) , 完成了對圖像的實時傳輸。成功地實現(xiàn)了履帶式移動機器人的無線控制 , 以及對遠程機器人的實時監(jiān)控。5主要研究內(nèi)容：本文主要研究的內(nèi)容是設(shè)計行走底盤和履帶式機器人是怎樣通過攝像發(fā)現(xiàn)危險信號以及發(fā)送到控制端的。對履帶式機器人的局部作了具體分析。5應(yīng)用環(huán)境：三、 應(yīng)用環(huán)境 : 有限空間的偵察任務(wù)。礦業(yè)等地下工作環(huán)境中救援、搬運、勘探的任務(wù)載體。機艙、車廂內(nèi)的反恐任務(wù)。化學(xué)工業(yè)環(huán)境、有毒氣體環(huán)境下的勘察、搬運任務(wù)。核輻射環(huán)境下的反恐、偵查、搬運任務(wù)。 消防行業(yè)機器人的任務(wù)載6技術(shù)指標機器人本體 :外形尺寸 :690 ×550×200mm自重 : 17kg(不含電池

12、 )機器人負載能力:30kg最大速度 :-1.5m/s，遠程控制無級變速轉(zhuǎn)向半徑 :地旋轉(zhuǎn)越障能力 :200mm 障礙 | 32°樓梯 | 35°斜坡，能適應(yīng)草地、沙地、雪地、碎石等環(huán)境電池容量 :鋰電 24V15AH( 可擴展 )工作時間 :2.5小時巡航 防護等級 :IP65底盤高度 :最低處距地面 45mm抗跌落能力 :0.5m 行車攝像頭 :150 °廣角觀察 ,紅外感應(yīng)夜視 攝像頭觀察高度 : 80mm 攝像頭數(shù)量 :1行車攝像頭 :彩色 CCD 相機，高亮LED 照明，紅外感應(yīng)夜視電器擴展插頭 :1路 RS485、 1路圖像接口、 1路 24V/5A 供電、 1路 12V/2A 供電通訊 :無線通訊 : 野外無干擾、無遮擋環(huán)境下可達 200m有線通訊 : 500m任務(wù)模塊 : 可定制專用的任務(wù)模塊。