DIY机器人：实现多功能探测，提供功能解析，硬件实现，软件流程

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1 项目概述
        1.1 引言
        从机器人诞生到上世纪80年代初，机器人技术经历了一个长期缓慢的发展过程。到了 90年代，随着计算机技术、微电子技术、网络技术等的快速发展，以及人类活动领域的不断扩大，机器人应用也开始从制造领域向非制造领域发展。机器人技术的发展也是人类自身发展的必然结果，在人类不断探测自然、认识自然、改造自然过程中，实现人们对比较恶劣或是不可达环境的探测、认识，而探测机器人正是因此而出现的。
         
        1.2 项目背景/选题动机
        探测机器人的设计与推出是多方面原因促成的，近年来随着人们生活水平及科学技术水平的不断提高，使得人们逐渐开始关注那些比较恶劣的或是不可达的环境，而这类地方是人类不能够直接接触的，需通过探测机器人先预先进行探测，然后将探测后的数据传回，人类通过分析这类数据而清楚的认识这类环境。另外加之地震等方面的自然灾害原因，每次灾后，迫切需要一种探测工具能够探测出灾区的具体环境状况，以方便救援人员按照探测机器人传回的具体数据及时高效的进行抗震救灾，基于此原因，探测机器人显得尤为需要。
         
        2 需求分析
        2.1 功能要求
        （1）能够翻越障碍物；
        (2) 能实现视频采集；
        (3) 能够进行无线电通信；
        (4) 能够对周围环境参数进行采集，分析；
        (5) 能够实现远程控制；
        (6) 能够实现语音通信；
        (7) 能够实现现场照明功能。

         

       

        图1 系统架构

         

        2.2 性能要求
        (1)具有在废墟上行走，深入废墟以及从废墟中返回的能力；
        (2)具有对视频进行处理压缩的能力，以及在PC机上能将传回的视频进行解压缩，还原原始视频；
        (3)具有实时将机器人采集到的视频、环境信号、语音信号等传回PC机，同时能够实时的将PC机发出的控制命令和语音信号发送至机器人；
        (4)具有低功耗的特点；
         
        3 方案设计
        3.1 系统功能实现原理
        （1）图像采集处理及传输模块
        本模块采用TMS320VC5509A芯片作为模块处理器，模块主要完成图像的采集及图像的JPEG_LS压缩，并将压缩后的图像数据传输至基于AVR32的开发板EVK1100上进行无线传输至PC机上显示。图像的采集是通过图像解码芯片OV9650 将CMOS 摄像头的视频信号转换成数字码流，并传输给DSP 进行压缩处理。由于图像采集模块的数字码流输出速度快,而DSP 对外围设备的数据读写较慢, 为匹配数据的传输速度, 在图像采集端加入CPLD 进行采集控制。在图像采集时,由CPLD 将采集的图像数据存储到高速缓冲区中, 利用DSP 的DMA 将图像数据传输到DSP 的外部SDRAM 中,以此提高系统的工作效率。同时为了及时把图像传输至PC机，我们在初始化图像解码芯片OV9650时，将图像设为黑白。
         
        （2）温度采集
        为了了解机器人和被困者周围环境的温度，在机器人的头部装有一个温度传感器，能够实时对周围环境温度进行采集，并送至AVR32进行处理后发送至PC显示。
         
        （3）距离采集
        为了让机器人能够发现障碍物，在机器人的头部装有一个超声波距离传感器，能够对机器人前方的障碍物进行实时的采集，并将数据送至AVR32进行分析、处理，当机器人前方有障碍物时，机器人启动相应的模块进行处理，翻越障碍物。
         
        （4）光线采集与照明
        为了能让我们能更能好的观察机器人的周围的环境，以及了解被困者现在的具体位置和身体状态，在机器人的头部装有一个光线传感器和一个照明装置，机器人实时的对周围环境的光线进行采集，并将采集到的数据送至AVR32，再由AVR32处理、显示，当周围的能见度不能达到  时，机器人自动启动照明装置。
         
        （5）无线控制模块
        PC机与机器人之间采用WIFI模块进行无线传输。当AVR32单片机处理好数据后，调用WIFI模块，将数据发送至PC，PC机将送来的数据进行一定的处理后通过画面显示出来。当PC机需要对机器人进行控制时，PC机将控制指令通过WIFI模块发送至AVR32，AVR32将送来的数据进行分析后对各个电机及相应的端口进行控制。
         
        （6）翻越障碍物
        机器人采用履带式设计，能够翻越较小的障碍物；同时为机器人添加的机械手臂能够让它在较大的障碍物面前也能游刃有余。
         
        3.2系统硬件结构框图
         

       

         

        3.3硬件平台选用及资源配置
         

所需硬件资源	数量
PC机	1台
EVK1100开发板	1个
TMS320VC5509A图像处理芯片	1个
OV9650图像采集模块	1个
锂电池	1个
5W伺服直流电机	9个
履带	2条
WIFI模块	1个
距离传感器	1个
LED照明灯	1个

         
        3.4 系统软件流程
         

       

         

        程序运行流程图