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机电综合实践开题报告选题名称救援机器人选题背景及意义(不少于字)300救援机器人是为救援而采取先进科学技术研制的机器人,是一种专门用于灾难后在废墟中寻找幸存者执行救援任务的机器人本课题拟研制一台配备双摄像头系统及五自由度机械臂的可变式履带救援探索机器人该机器人可以适应多种地形的行进,多方位的采集与传输图像信息,准确抓取目标物体在两个月的时间内,本课题小组将完成机器人的系统确定及方案设计,机器人机械结构设计及材料分析,电路设计及电子元器件安装和控制系统设计及编程,并且完成组装,实验与调试,最后进行答辩该探索类机器人本应该配备了彩色摄像机,热成像仪和通讯系统,但由于外部条件限制,本课题只能研制一个小型的简易救援机器人文献检索及调研情况一国内外现状分析(不少于字)1000世界各地,由于自然灾害,恐怖活动和各种突发事件等灾难频发,在灾难救援中,救援人员只有非常短的时间用于在倒塌的废墟中寻找幸存者,否则发现幸存者的几率几乎为零在这种紧急而危险的环境下,救援机器人可以为救援人员提供帮助地震和矿难是自然界最可怕的现象,有历史记录以来,地震和矿难已经导致无法估计的财产损失,并且夺取了千百万人的生命常常并不是地震和矿难本身夺取人的生命,而是地震和矿难发生时造成的建筑的损害以及塌方雪崩海啸等造成人员伤亡其中地震过程中房屋倒塌导致人员被困的情况更为常见因此,将灵活小巧不惧伤害的救援机器人用于救援和复杂的灾难环境下搜救和营救幸存者,是机器人学中的一个新型而富有挑战性的课题救援机器人在救援工作中相比人有许多优点
1.可以连续执行乏味的搜索救援任务,而不会感到疲倦;2•不怕火,浓烟等危险和有害条件;
3.可以进入危险地带拍摄与救援;
4.重量轻,不易引起建筑物的二次坍塌,灵活性强,可以进入狭窄地带目前救援机器人的主要研究方向
1.运动控制技术;
2.自主导航技术;
3.通讯控制技术
4.探测感知技术国外研究现状在国外,救援机器人发展迅速,技术日益成熟,并进入实用阶段,日本,美国,英国等都已开始装备使用在灾难现场中,救援机器人应能够迅速找到幸存者位置日本一些科学家研制出一种可以在废墟中爬行的小型机器人,它们可以承担营救被困于地震废墟中的幸存者的重任据《新科学家》周刊称,这种机器人可以通过有节奏的收缩运动沿着地面爬行由于这种机器人的宽度仅有几厘米,遥控人员可以利用磁场原理推动机器人在细小的墙壁裂缝中穿行,它的身上除了安装有照明灯泡和摄像机之外,还配备有一系列用来测量辐射程度或氧气含量等指标的传感器这些指标可以显示某个区域是否安全,以便救援人员对被困者实施营救这种机器人由若干个装有铁磁微粒、水以及润滑剂的橡胶囊组成,爬行时所受阻力很小每两个橡胶囊之间由一副橡胶棒连接,通过磁场的作用推动机器人前行研制这款机器人的佐贺公司将在西雅图召开新闻发布会,并在会上演示机器人具体操作情况该公司表示,与此前一些可以行走、飞行或是依靠轮子滑行的机器人相比,这款新型机器人的稳定性更强,因而实用性也更强°国内研究现状:在国内,救援机器人的研究刚刚起步,但发展很快中科院沈阳自动化所在2002年研制了一种蛇形机器人,由16个单自由度关节模块和蛇头蛇尾组成,在监控系统无线控制下可以实现蜿蜒前行,后退,侧移,翻滚等多种动作,并能通过安装在蛇头上的微型摄像头传回监控系统10月28日,山东济南举行的2007中国机器人大赛上,成都信息工程学院、西北工业大学、国防科技大学等院校研发的救援机器人进行了比赛和演示这些机器人在模拟现实的环境中完成了移动、定位、目标搜索、救援等行动广州小学生许岩松发明地震救援机器人“地震救援希望之星”,最前端装有摄像头,观察到的图像就会传输到另一端的电脑显示器上,成为救援人员的“火眼金睛”而它的尾部安上了温度传感器,能够感测到火灾一旦发现有受难者,机器人可以启用前端的夹子把人夹出危险区域这项发明在今年广州市青少年机器人竞赛上获得了第一名
[1]徐保国,尹怡欣,周美娟智能移动机器人技术现状及展望[J]机器人技术与应用.2007,329-34
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7960、BTS7970芯片搭设驱动模块【前进系统的机械设计】拟定机器人长50cm,宽30cm,高15cm,最大行进速度是
0.lm/s,最大抓取质量是
0.5kg,爬坡倾角是30度,可持续工作时间为6h【开发环境】PC机上位机Visual Studio2008+Micorsoft DirectXSDK+OpenCVOpenCV是Intel®开源计算机视觉库它由一系列C函数和少量C++类构成,实现了图像处理和计算机视觉方面的很多通用算法OpenCV拥有包括300多个C函数的跨平台的中、高层API它不依赖于其它的外部库一一尽管也可以使用某些外部库DirectShow是微软公司提供的一套在Windows平台上进行流媒体处理的开发包,
9.0之前与DirectX开发包一起发布,之后包含在windows SDK中运用DirectShow,本小组可以很方便地从支持WDM驱动模型的采集卡上捕获数据,并且进行相应的后期处理乃至存储到文件中单片机CodcWarrior V
5.0CodeWarrior是由Metrowerks公司提供的专门面向Freescale所有的MCU与DSP的嵌入式应用开发的软件工具其中包括集成开发环境IDE、处理器专家、全芯片仿真、可视化参数显示工具、项目工程管理、C交叉编译器、汇编器、链接器以及调试器CodeWarrior拥有智能的代码调试检错功能,能够检查程序代码中的语法错误,并且给出提示以便让用户修改,错误排除后通过编译链接就可以生成可执行代码Codewarrior IDE中的mc9sl2xsl
28.h文件对所有寄存器对应的存储映射地址都进行了宏定义,开发者在软件开发时直接调用这些宏就可以了而且,这些宏的名称都与说明文档上相应寄存器的名称相同或类似,这样,很便于对所需单片机的开发可行性分析(不少于字)300机器人采用前端鳍状肢履带设计可变式鳍状肢履带具备良好的机动性能,在越障、跨沟、攀爬等方面具有明显优势,运动范围和能力都大大提高,更能适应各种不同的复杂环境美国Packrot机器人与国产Dragon GuardX3B反恐机器人均采用前端鳍状肢履带设计美国IRobot公司生产的Packbot系列机器人和Foster-miller公司研制的Talon机器人较为盛名,并在伊拉克战争中得以成功应用在白井良明编著的《机器人工程》一书中详细介绍了机械手的运动,控制与感觉系统机械手可通过编程来完成各种预期的作业任务,在构造和性能上兼有人和机器各自的优点,尤其体现了人的智能和适应性在救援机器人上采用机械手的做法,是合理而又必须的视觉系统上采用双摄像头,1号摄像头用于观察整个机器人所处的环境,2号摄像头配合机械手进行物体抓取摄像头可以选用USB
2.4G微型Syntek STK1160摄像头该摄像头:380线1/3索尼,水平解晰度,支持高品质画面播放;内置可充锂电池,连续工作时间「2小时;内置麦克风,支持语音监控;可选4频道设置以控干扰,满足该课题的要求;空旷无障碍无线传输距离(实测10-30米);有阻(室内)无线传输距离几米内(一堵墙实测)重量仅60g方便机械手搭载同时,相对应的视频采集卡USB
2.0接口,支持热插拔,无需拆机箱;FULL DL高分辨率,PAL352X
288、640X
480、720X576或全屏清晰高像素显示;可捕捉高品质动态及静态画面;兼容Win2000/XP/VISTA;一路AV及一路S端子视频输入,一路USB输出并自带SDK开发包,该视频采集卡满足课题需求目前程序利用集成Directshow的方式,将抓取的视频流转换为0PENCV可编辑的图片格式Ipllmage,不用安装庞大的DirectX/PlatformSDKo在VC
6.0中测试将该代码移植到mfc下时(特别是显示到控件上时),性能不如;OPENCV中的CvCapture mfc下显示使用Cvvlmage对象的DrawToHDC方法最明显的差别在cpu使用率上,即使都开到多线程中,DirectShow采集图像的方法仅仅显示cpu使用率就高达60%,拖动时能高达80%,且资源释放缓慢;但是采用CvCapture,即使带上一些图像处理步骤,cpu使用率也基本在50%以下所以,本课题暂不移植到MFC下动力源作为直流电机,可以选择12V/1A左右的电机,即保证了动力,又不会使得电源部分变得复杂直流电机控制利用BTS7960芯片,该芯片支持0-45V,±40A输出,且输入和输出是隔离的根据IN的PWM波可以输出PWM从而控制电机电压两块BTS7960芯片可以实现电机正反转根据课题所选用的电机,都可以采用该芯片进行驱动机器人控制芯片选用MC9s12XS256RMV1,该芯片有PWM模块8通道,其中4通道采用一个时钟,另外4通道采用另一个时钟可以实现舵机和直流电机不同频率的PWM控制该芯片还包含SPI模块,可以用于无线通信使用其他通用I/O丰富,可以满足课题的需求无线模块选用nrf905芯片工作频段:433/868/915MHz;信道数170;功能发射/接收;稳频方式:PLL;调制方式FSK/GMSK;最大输出功率+10dBin;灵敏度T00dBni;最大工作速率
76.8Kbit/s;工作电压:
2.7—
3.6V相应的可工作30m范围基于以上本课题所需的技术知识皆为目前较为成熟的技术,所以认为本课题可以实现工作计划第910周完成机械设计与建模,电路设计与控制系统设计〜第1114周完成零件加工与组装,电路与电子元器件的组装〜第1516周完成机器人的安装与调试,进行多次试验并改进〜经费预算摄像头及接收器元500板及元件元PCB300同步带轮系列元300电机元800电源元200加工费;元500总计元2600项目组全体成员签名指导教师意见:签名:时间:。