樓宇巡查機(jī)器人的設(shè)計與研究

本文格式為Word版，下載可任意編輯——樓宇巡查機(jī)器人的設(shè)計與研究

方案

巡邏機(jī)器人操縱系統(tǒng)通過主機(jī)操縱系統(tǒng)與主體操縱系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)通信，完成機(jī)器人的行動，數(shù)據(jù)采集分析和數(shù)據(jù)傳輸功能。

3.2巡邏機(jī)器人主體操縱系統(tǒng)設(shè)計

主體操縱系統(tǒng)由上位機(jī)和下位機(jī)組成，通過總線的形式舉行連接。上位機(jī)通過數(shù)據(jù)通訊模塊與主機(jī)舉行數(shù)據(jù)交換，同時在接收到主機(jī)反應(yīng)的命令后對下位機(jī)舉行轉(zhuǎn)發(fā)，并在下位機(jī)的命令完成執(zhí)行后，將執(zhí)行結(jié)果提交給操縱主機(jī)，等待主機(jī)的下一個命令。這種布局能夠充分發(fā)揮出單片機(jī)的高效性和穩(wěn)定性的特點，整體提高機(jī)器人的工作效率。

操縱系統(tǒng)的總體設(shè)計方案如圖1所示。

系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計，主要分為核心操縱板模塊、電源模塊、電機(jī)驅(qū)動模塊。

3.2.1操縱電路

操縱電路采用STM32F407系列單片機(jī)，與操縱器通信及系統(tǒng)擴(kuò)展可選用UART、I2C、SPI、I/O、CAN、RS485等接口，STM32F407單片機(jī)的不同的定時器分別輸出占空比可調(diào)和頻率可調(diào)的PWM信號，用來操縱LED驅(qū)動器、直流電機(jī)驅(qū)動器和交流電機(jī)驅(qū)動器。

3.2.2電源電路

電源電路使用鋰電池充電電路。鋰電池充電電路中選用TI的BQ24617作為電池充電器。BQ24617最高輸入電壓為26V，最大充電電流可達(dá)10A，最多可以給5節(jié)串聯(lián)的鋰電池充電，而且可以對電池舉行多種養(yǎng)護(hù)。

3.2.3電機(jī)驅(qū)動模塊

步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器采用TI的DRV8880，DRV8880采用單路PWM操縱，輸入電壓范圍是6.5V-45V，輸出電流可達(dá)2A，而且可以根據(jù)電機(jī)驅(qū)動電流的大小來選擇操縱DRV8880的輸出電流。電機(jī)驅(qū)動回路展現(xiàn)故障時，DRV8880可以把故障信號傳輸給操縱電路用來養(yǎng)護(hù)整個回路。

3.4無線網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)組件

無線網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)由鏡頭、圖像傳感器、A/D轉(zhuǎn)換器操縱主板等設(shè)備組成，通過把物體反射的光用攝像機(jī)鏡頭舉行收集，再通過信號轉(zhuǎn)換設(shè)備將其轉(zhuǎn)化為視頻信號，經(jīng)過信號放大處理，結(jié)果通過網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)娇蛻舳恕Ｓ脩糁恍柙诳蛻舳嗽O(shè)置完成對應(yīng)的IP地址，即可接收到實時視頻數(shù)據(jù)流，完成對現(xiàn)場環(huán)境的實時監(jiān)控。同時系統(tǒng)主機(jī)也會通過軟件將視頻文件以確定格式舉行存儲，便當(dāng)用戶后期舉行調(diào)用。

4軟件設(shè)計

4.1系統(tǒng)軟件

軟件片面是操縱巡邏機(jī)器人的核心，軟件片面的主要工作是根據(jù)需要實現(xiàn)的功能劃分軟件模塊并確定單片機(jī)資源的調(diào)配。ROS是一個開源的機(jī)器人操作系統(tǒng)。它可以供給硬件抽象、底層設(shè)備操縱、常用功能實現(xiàn)、進(jìn)程間消息以及數(shù)據(jù)包管理。ROS的獨特之處還在于能夠支持C++、Python、Octave和LISP等多種語言，這可以簡化開發(fā)者的工作。ROS不是一個傳統(tǒng)意義上的操作系統(tǒng)，而是一個構(gòu)建在異構(gòu)計算機(jī)集群和其操作系統(tǒng)之上的一層通訊層和軟件開發(fā)框架。

4.2應(yīng)用軟件所實現(xiàn)的目標(biāo)

1.實現(xiàn)上下位機(jī)通訊，取得車輪反應(yīng)信號，里程計正常;

2.取得雷達(dá)信息，告成創(chuàng)造地圖;

3.實現(xiàn)路徑規(guī)劃和機(jī)器人自主行走。

系統(tǒng)的整體流程如下：

⑴上位機(jī)發(fā)送命令給單片機(jī)。

⑵單片機(jī)接收到命令后驅(qū)動直流電機(jī)。

⑶直流電機(jī)驅(qū)動器接收到信號，驅(qū)動電機(jī)，并反應(yīng)給單片機(jī)。單片機(jī)將反應(yīng)的信號傳給上位機(jī)舉行處理，使其知道機(jī)器人的位置，走了多遠(yuǎn)，方向是多少，從而實現(xiàn)自主導(dǎo)航的功能。

4.3世界坐標(biāo)到機(jī)器人坐標(biāo)的變換以及到3個輪子的變換程序片段

通過車輪的計數(shù)器計算出車輪轉(zhuǎn)數(shù)并反應(yīng)給單片機(jī)，得出機(jī)器人實際走出的距離，從而算出機(jī)器人的坐標(biāo)在實際世界中的位置，這樣機(jī)器人就知道自己在哪里，走出了多遠(yuǎn)，到達(dá)目標(biāo)地點該走多少距離。

片面代碼如下：

5研制結(jié)果

本系統(tǒng)實現(xiàn)了機(jī)器人從創(chuàng)造地圖到自主行走巡邏的一系列功能，以黑盒測試法對軟件舉行測試，得出所研制的機(jī)器人樣機(jī)的根本性能指標(biāo)為：定位誤差在正負(fù)五厘米;定位模樣誤差在正負(fù)十度;在機(jī)器人前放置障礙物能提前避障等功能，較好地實現(xiàn)了自主行走，定位避障和信息收集等功能。本文針對樓宇內(nèi)部