基于CMOS图像传感器的监控吸尘机器人的设计与研究

论文摘要

随着机器人技术的发展以及工业制造水平的提高和成本的下降,服务机器人已经逐渐走入了寻常百姓家庭。而自主吸尘机器人是最早服务人类的机器人之一,是一个多学科多技术领域交叉综合的产物。与此同时,服务机器人潜在的市场需求也非常大。因此,服务机器人的研究与开发具有重要的学术价值和实用价值。本课题正是在这样的大环境下展开的。本文围绕基于CMOS图像传感器的监控吸尘机器人建立了其软、硬件系统和研究平台,研究了相关理论和技术。主要包括监控系统的硬件设计、图像获取、图像压缩与传输、机器人本体软硬件系统以及机器人全区域覆盖路径规划算法等。全文共分为六章,各章研究内容如下:本文的第一章分析了当前服务机器人的产品现状和研究现状,并根据本课题已有的相关技术基础,提出了本文的研究内容。第二章主要内容是图像采集与压缩方案的选择。图像采集和压缩技术是监控系统的关键技术之一,本章对图像采集方案,图像压缩硬件方案以及图像压缩技术做了详细对比与论述,并最终选定了相应的方案。第三章主要论述数字图像监控系统的硬件的原理设计和软件的基础研究,其中包括监控系统的图像采集、图象存储、压缩与传输的硬件原理设计;以及μC/OS-Ⅱ与LWIP协议栈在S3C44BOX开发板上的移植和图像监控系统的软件设计,其中着重讲了JPEG压缩算法的实现。第四章的主要内容是机器人本体系统的设计,这其中包括机器人本体的硬件设计、软件系统设计、一种简易的全覆盖路径规划方法在机器人中实现和机器人的低功耗和抗干扰设计以及可靠性设计。第五章是系统性能的相关试验。主要分为监控系统软件测试、全区域覆盖算法对比试验以及系统可靠性试验三部分。第六章对全文进行了总结,并根据目前工作的状况和服务机器人产品的发展趋势对未来的工作进行了展望。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目次
• 第一章 绪论
• 1.1 服务机器人产品现状
• 1.1.1 家用服务机器人产品现状
• 1.1.2 娱乐机器人产品现状
• 1.1.3 监控机器人产品现状
• 1.2 服务机器人的研究热点
• 1.3 课题基础与研究内容
• 1.3.1 课题研究基础
• 1.3.2 论文研究内容
• 1.4 本章小结
• 第二章 数字图像采集与压缩方案
• 2.1 监控吸尘机器人系统方案概述
• 2.2 数字图像采集方案
• 2.2.1 常用的图像传感器比较
• 2.2.2 基于CMOS图像传感器的图像采集方案
• 2.3 数字图像压缩算法方案
• 2.3.1 图像压缩的必要性和可行性
• 2.3.2 典型数字图像有损压缩方法比较及方案选择
• 2.4 数字图像压缩硬件方案
• 2.4.1 基于专用芯片的硬件压缩方案
• 2.4.2 基于通用芯片的软件压缩方案
• 2.5 本章小结
• 第三章 数字图像监控系统初步设计
• 3.1 图像监控系统硬件设计
• 3.1.1 S3C44B0X主控板硬件设计
• 3.1.2 图像采集系统硬件设计
• 3.1.3 通信系统接口电路设计
• 3.2 μC/OS-II与LWIP协议栈在S3C44B0X上的移植
• 3.2.1 BootLoader的建立
• 3.2.2 μC/OS-II操作系统的移植
• 3.2.3 LWIP协议栈的移植
• 3.3 图像监控系统软件设计
• 3.3.1 系统软件整体设计
• 3.3.2 JPEG压缩编码算法的实现
• 3.3.3 通讯程序设计
• 3.4 本章小结
• 第四章 机器人本体系统设计
• 4.1 机器人本体硬件系统设计
• 4.1.1 硬件系统整体设计
• 4.1.2 多传感器设计
• 4.1.3 CPLD电路设计
• 4.2 机器人本体软件系统设计
• 4.2.1 机器人本体程序设计概述
• 4.2.2 全覆盖路径规划算法的设计与实现
• 4.3 机器人的低功耗和可靠性设计
• 4.3.1 系统的低功耗设计及优化
• 4.3.2 硬件系统可靠性设计
• 4.3.3 软件系统可靠性设计
• 4.4 本章小结
• 第五章 系统测试实验与性能分析
• 5.1 监控系统相关功能试验测试
• 5.2 机器人全覆盖路径算法测试与分析
• 5.3 系统可靠性测试
• 5.4 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 研究总结
• 6.2 后续工作展望
• 参考文献