六足减灾救援仿生机器人目标检测与控制研究

论文摘要

随着地球环境的不断恶化,地震、火灾、飓风等各种自然灾害频发,这些灾害给全球人类的生产和生活以及生命带来巨大的危害。灾害发生后的救援环境及其恶劣,有些是人类难以到达,有些威胁人生命安全。多足爬行生物经过若干年的进化,在恶劣的地形环境下,具有良好的适应能力。因此,我们以六足甲虫为仿生生物原型,开展复杂地域环境下执行多种任务,特别是减灾救援的六足仿生机器人研究。在野外环境下机器人的数据采集及与远端服务器的数据传输存储是系统的关键技术之一,课题的研究对多足仿生机器人系统的实现具有重要的理论意义和实际价值。基于六足减灾救援仿生机器人的运动机能,未来减灾救援的作业要求,特别是森林火灾巡检作业,采用ARM7架构的体系结构,开展了在野外环境下机器人的数据采集系统及远端服务器的数据采集与通讯系统的软硬件设计,论文具体完成以下主要工作：（1）在充分调研机器人现阶段数据采集对象和项目后期功能扩展这两大需求后,以ARM7架构的LPC2378为核心,搭建了机器人数据采集系统的底层硬件平台。（2）主控制器相关总线的驱动设计工作,包括I2C、SPI、RS232、RS485及SD卡的驱动设计。（3）主控制器与GPS、GPRS这两大功能模块间的通信驱动设计,结合机器人系统功能应用的需求,以μC/OS-Ⅱ内核为操作系统,设计了机器人应用层软件。（4）制定了一套上机器人间的通信规约,实现了底层机器人与服务器的网络交互。（5）基于VC及SQL技术设计了服务器软件,服务器利用Socket套接字接收网络数据,经解析后再通过ADO（数据库访问技术）接口存入数据库中。（6）系统人机界面友好,并且操作简便,满足了上层服务器管理员观察实时网络数据及查询历史数据的功能需求。（7）服务器软件结构合理,能够实现多台机器人的多台传感器数据的并行采集及存储。在完成以上功能模块的软硬件设计工作后,论文对系统进行了整合测试。测试结果表明：系统功能划分合理,软件层次清晰,可扩展性及可维护性强,达到了预期的功能。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题来源
• 1.2 课题研究的目的及意义
• 1.3 仿生机器人研究现状
• 1.4 机器人目标与环境检测和控制技术
• 1.5 论文研究的主要内容
• 1.6 小结
• 第2章 六足减灾救援仿生机器人主控制器硬件设计
• 2.1 引言
• 2.2 六足仿生机器人控制器的总体结构
• 2.2.1 MCU选型分析
• 2.2.2 主控制器总体结构
• 2.3 六足仿生机器人主控制器通信接口电路设计
• 2.3.1 RS232接口
• 2.3.2 RS485接口
• 2.3.3 CAN接口
• 2.3.4 USB接口
• 2.4 存储器接口设计
• 2pROM电路'>2.4.1 E²pROM电路
• 2.4.2 SRAM电路
• 2.4.3 SD卡接口
• 2.5 A/D扩展接口设计
• 2.6 电源电路设计
• 2.7 电源监控复位电路设计
• 2.8 小结
• 第3章 六足减灾救援仿生机器人目标检测与控制软件设计
• 3.1 引言
• 3.2 机器人软件的总体结构及实现功能
• 3.3 嵌入式内核及其集成开发环境
• 3.3.1 常见的嵌入式操作系统
• 3.3.2 μC/OS-Ⅱ内核
• 3.3.3 嵌入式集成开发环境
• 3.3.4 μC/OS-Ⅱ在LPC2378芯片上的移植
• 3.4 底层驱动开发
• 3.4.1 RS-232驱动
• 2C总线驱动'>3.4.2 I²C总线驱动
• 3.4.3 SPI总线驱动
• 3.5 GPRS模块及AT指令简介
• 3.5.1 GPRS原理及技术特点
• 3.5.2 SIM300C登录GPRS网的步骤
• 3.5.3 GPRS数据传输
• 3.5.4 关闭通信链路
• 3.6 机器人多任务环境的搭建
• 3.6.1 GPS数据串口接收
• 3.6.2 GPRS数据发送及接收任务
• 3.6.3 超声波数据采集任务
• 3.6.4 main函数
• 3.7 机器人功能的软件实现流程
• 3.8 小结
• 第4章 基于VC&SQL的服务器软件设计
• 4.1 引言
• 4.2 服务器端软件总体结构及实现功能
• 4.3 关键技术分析
• 4.3.1 选择网络通信协议
• 4.3.2 CSocket类工作原理
• 4.3.3 自定义通信规约
• 4.3.4 ADO数据库访问技术
• 4.4 网络通信界面的设计
• 4.5 SQL数据库表格的设计
• 4.6 数据管理模块的设计
• 4.6.1 数据管理模块的核心功能
• 4.6.2 数据管理模块的软件架构
• 4.6.3 数据管理模块的核心类的层次关系
• 4.7 小结
• 第5章 机器人目标检测与控制系统功能测试
• 5.1 引言
• 5.2 机器人调试
• 5.2.1 GPS模块的数据接收实验
• 5.2.2 超声波测距模块的测试
• 5.3 服务器测试
• 5.3.1 管理人员登录界面
• 5.3.2 特定机器人历史数据查询
• 5.3.3 添加机器人及传感器
• 5.3.4 网络数据通信
• 5.4 系统整合调试中出现的问题
• 5.5 小结
• 第6章 结论与展望
• 6.1 引言
• 6.2 作者的工作
• 6.3 展望
• 参考文献
• 硕士期间论文发表及所获奖项
• 附录
• 详细摘要
• Abstract