论文摘要
本搜救机器人是机器人技术在地震救援领域的有益尝试。视觉导航系统在机器人自主执行搜救任务中起着至关重要的作用。随着视觉导航技术的发展,灾后搜救机器人的研究取得了重大的突破。由于视觉导航系统可以采集到丰富的图像信息,全面描述搜救机器人所处工作环境。因此,搜救机器人视觉导航系统的研究成为了发展趋势。本文根据搜救机器人在执行搜救任务时的工作要求,对导航系统图像采集、图像预处理、图像分割、导航系统的多步进电机控制进行了研究。首先,通过对搜救任务的分析及灾后环境对搜救机器人执行搜救任务的影响,为视觉导航系统的采集模块提供了设计依据。在设计中,采用基于FPGA的乒乓操作的思想,完成数字时钟电路的设计。以模块法的方式完成对摄像头配置、采集芯片模块及其配置电路模块的硬件电路设计,同时完成系统软件设计。其次,由于采集到的图像受到周围环境的影响,产生噪声和畸变。通过对噪声产生原因的分析,将噪声分为主次噪声。应用FIR带阻滤波器处理次要噪声,随后提出设计优化中值滤波算法处理主要噪声,降低了椒盐噪声对图像的影响。在图像分割过程中通过对边缘检测方法的分析,选定拉普拉斯算子进行图像的边缘检测,实现了中值滤波和边缘检测的硬件算法设计。最后,完成导航承载平台的设计,包括导航采集转向模块和承载平台。导航承载平台在提供了导航设备的承放平台同时,增加了导航采集的范围。通过ARM芯片控制,完成对事件选择模块、多步进电机驱动模块的设计。采用“伪主控芯片”的设计思想,设计I2C总线通讯模块,实现了“主—从”芯片的通讯功能。并在Matlab平台下对导航系统进行了仿真测试。通过对搜救机器人导航系统采集模块的设计,完成对环境的信息采集,运用设计的优化中值滤波和边缘检测的处理模块完成了对图像的处理。承载平台的设计增加了采集范围。导航系统的测试证明了优化中值滤波算子及整体系统的可行性,证明本文所提导航方案可行,结构合理。
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摘要Abstract第1章 绪论1.1 课题来源1.2 课题背景与选题意义1.3 移动机器人导航技术研究现状及分析1.3.1 国外研究现状1.3.2 国内研究现状1.4 本文的主要研究工作第2章 地震环境下四足搜救机器人导航系统方案2.1 引言2.2 四足搜救机器人导航系统设计要求2.2.1 灾后环境对导航系统承载机构要求2.2.2 应急搜救对导航系统要求2.3 地震环境下四足搜救机器人导航平台的设计2.3.1 导航采集模块的设计2.3.2 导航处理模块的设计2.3.3 导航转向平台的设计2.4 本章小结第3章 四足搜救机器人图像采集系统设计3.1 引言3.2 图像采集模块3.3 基于FPGA的乒乓设计方法3.4 采集模块硬件设计3.4.1 OV9650模块3.4.2 主控芯片模块3.4.3 辅助电路模块设计3.5 采集模块软件设计3.5.1 系统主模块设计3.5.2 图像信息采集模块设计3.6 本章小结第4章 四足搜救机器人图像处理系统设计4.1 现场环境分析4.1.1 噪声分类4.1.2 采集信息的噪声及去噪方式4.2 处理模块设计4.2.1 图像信息处理流程4.2.2 去除次要噪声的FIR滤波器4.3 中值滤波的FPGA实现4.3.1 方形窗的对比分析4.3.2 中值滤波的硬件实现4.4 拉普拉斯边缘检测的FPGA实现4.4.1 卷积处理模块4.4.2 卷积运算数据输入模块4.5 本章小结第5章 导航承载平台的设计及系统仿真5.1 导航承载平台硬件实现5.1.1 导航转向控制芯片分析5.1.2 转向控制的硬件实现5.2 导航设备与导航平台的通讯5.2.1 通讯方案2C通讯'>5.2.2 I2C通讯2C通讯的实现'>5.2.3 I2C通讯的实现5.3 转向控制实现和导航系统仿真5.3.1 导航系统的采集和处理5.3.2 基于Matlab平台硬件算法的导航系统仿真5.4 本章小节结论参考文献攻读硕士学位期间发表的学术论文致谢
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