毕业设计(论文)-智能机器人灭火功能的实现.doc
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1、毕业设计(论文)毕业设计(论文) 题 目 智能机器人灭火功能的实现智能机器人灭火功能的实现 系 别 专 业 班 级 学生姓名 学 号 指导教师 年 月 2 智能机器人灭火功能的实现智能机器人灭火功能的实现 摘要:摘要:智能灭火机器人系统控制器模块以嵌入式微处理器ARM9为核心,传感器 模块主要由红外测距传感器和远红外火焰传感器组构成,驱动器模块由大功率伺 服直流电机和普通直流电机组成.依据沿墙行进规则和程序设计模块来完成机器 人遍历房间、寻找火源并将其熄灭的程序编程.通过该设计完成的智能机器人系 统可在8 s内完成任意房间的灭火,达到了国际先进水平,同时还提高了机器人运行的可靠 性. 我国科学
2、家对机器人的定义是:“机器人是一种自动化的机器,所不同的是 这种机器具备一些与人或生物相似的智能能力,如感知能力、规划能力、动作 能力和协同能力,是一种具有高度灵活性的自动化机器“。智能机器人是 21 世纪新的热点,也是一个国家整体实力的显示。智能机器人是一个多学科的综合 ,涉及机械设计和制造、传感器、控制与规划、电子电气、计算机与信息处理 、通讯、能源、材料、系统工程。 AS-UII 是面向教育的新一代智能移动机器人。AS-UII 有一个功能强大的微处理系统和 传感器系统,而且它还能扩展听觉、视觉、和触觉,成为真正意义上的智能机 器人。 3 关键词:关键词:智能机器人 、灭火 、AS-UII
3、 The realization of the function of intelligent robot fire Abstract: intelligent fire-extinguishing robot system controller module ARM9 processor with embedded microcontroller as the core, and sensor module mainly consists of infrared range-finding sensors and far-ir flame of sensor, the drive modul
4、e by a high-power constitutes a servo dc motor and ordinary dc motor. According to travel along the wall design module rules and procedures to complete the robot to traverse the room, looking for fire and its out of the programming. Through the design of intelligent robot systems can be completed in
5、 August finish any room s. extinguishing, have reached the international advanced level, but also improve the operation reliability of the robot. The definition of Chinese scientists for robots is: “robot is a kind of automatic machines, what is different this machine has some of people or biologica
6、l similar intelligence capabilities, such as perception and planning skills, action ability and synergy, is a kind of highly flexible automation machine“. Intelligent robot is the 21st century new hot spot, also is a country overall strength display. Intelligent robot is a multidisciplinary integrat
7、ed, involving mechanical design and manufacturing, sensor, control and planning, electrical and electronic, computer and information processing, communications, energy, materials, systems engineering. AS the UII is an education - a new generation of intelligent mobile robot. AS UII have a powerful -
8、 the micro processing system and sensor system, and it also can expand hearing, vision and touch, became a true sense of intelligent robot. 4 Keywords:Keywords: intelligent robot、put out the fire、AS UII 目录目录 前言前言 .6.6 第第1 1章章 智能机器人智能机器人AS-UIIAS-UII.7.7 1.1 AS-UII的内部结构 7 1.2 AS-UII的控制按键部分 7 1.3对AS-UI
9、I进行编程.9 第第2 2章章 传感器、微处理器与驱动器传感器、微处理器与驱动器 .11.11 2.1智能机器人的三大要素11 2.2能力风暴的传感器及其处理电路12 2.2.1碰撞传感器 12 2.2.2红外传感器 15 2.2.3光敏传感器 17 2.2.4麦克风 17 2.2.5光电编码器 18 2.2.6其他传感器 19 第第3 3章章 能力风暴编程能力风暴编程 2121 3.1 让机器人动起来 21 3.1.1在 VJC1.5 开发版窗口中编写流程图 21 3.1.2保存源代码程序 22 3.1.3程序下载 22 3.1.4运行程序 5 22 3.2让机器人感知环境信息 22 3.2
10、.1编写流程图 23 3.2.2保存程序 24 3.2.3程序下载. 24 3.2.4运行程序 24 第第4 4章章 能力风暴编程能力风暴编程 2525 4.1 让机器人动起来 .25 4.2 让机器人动起来 .26 4.3 让机器人动起来 .27 致谢致谢2929 参考文献参考文献3030 6 前言前言 最近几十年中,大量的高层、地下建筑与大型的石化企业不断涌现。由于 这些建筑的特殊性,发生火灾时,不能快速高效的灭火。为了解决这一问题, 尽快救助火灾中的受害者,最大限度的保证消防人员的安全,消防机器人研究 被提到了议事日程。而机器人技术的发展也为这一要求的实现提供了技术上的 保证,使得消防机
11、器人应运而生。 从二十世纪八十年代开始,世界许多国家都进行了消防机器人的研究。美国和 苏联最早进行消防机器人的研究,而后日本、英国、法国等国家都纷纷开展了 消防机器人的研究,目前已有多种不同类型的消防机器人用于各种火灾场合。 从功能上划分,目前的消防机器人有下列几类:灭火机器人、侦察机器人、攀 登营救机器人和救护机器人。从控制方式来分,消防机器人可分为遥控消防机 器人和自主消防机器人。 我国从八十年代末期开始消防机器人的研究,公安部上海消防研究所等单位在 消防机器人的研究中取得了大量的成果,“自行式消防炮“已经投入市场,“履带 轮式消防灭火侦察机器人“也于2000年6月通过了国家验收。但是,我
12、国消防机 器人的研究还处在初级阶段,还有许多有待研究的问题。比如,高层建筑发生 火灾时,消防人员不可能在短时间内到达高处的火灾发生地点,在地下建筑中 ,由于环境比较潮湿,烟气不易扩散,消防人员不容易快速的判定火源位置; 而在石化企业发生火灾时,将产生大量的毒气,消防人员在灭火时极易中毒。 7 研制能够用于这些场合的侦察灭火机器人,协助消防人员进行火灾的定位和灭 火,将有极大的社会意义。 第第1 1章章 智能机器人智能机器人AS-UIIAS-UII 1.11.1 AS-UIIAS-UII的内部结构的内部结构 AS-UII 是能力风暴大学版机器人,II - 表示第二版本。AS-UII 是专门为大学
13、进行课程教学、工程训练、科技创新以及研究服务的新型移动智 能机器人。 AS-UII 的内部结构参见图 1-1 。AS-UII 结构简图: 上盘 液晶显示器 主板 传感器 底盘 8 该机器人是广茂达公司生产的能力风暴智能机器人,它是一款用于寻找火 源并灭火的智能机器人。 能力风暴智能机器人的执行器有:二只高性能直流电机;一只喇叭;一只2 *16 字符的液晶显示器。 1.21.2 AS-UIIAS-UII 的控制按键部分的控制按键部分 看见 AS-UII 背后的控制按键部分了吗?其结构如图 1-2。在这个部分有 2 个小灯,它们指示 AS-UII 所处的状态。 图 1-2 控制按键部分 开关按钮
14、控制 AS-UII 电源开关的按钮,按此按钮可以打开或关闭机器人电源。 “电源“指示灯 按下 AS-UII 的开关后,这个灯会发绿光,这时可以与机器人进行交流了! “充电“指示灯 当你给机器人充电时,“充电“指示灯发红光。 “充电口“ 将充电器的相应端插入此口,再将另一端插到电源上即可对机器人充电。 具体使用方法见“1.4 AS-UII 的充电“。 “下载口“ “充电口“旁边的“下载口“用于下载程序到机器人主板上,使用时只需将串 口连接线的相应端插入下载口,另一端与计算机连接好,这样机器人与计算机 就连接起来了。 9 “复位/ASOS“按钮 这是个复合按钮,用于下载操作系统和复位。当串口通信线
15、接插在下载口 上时,按击此按钮,机器人系统默认为此操作为下载操作系统;如果你想使用 其复位功能则需要将通信线拔下,按击此按钮,机器人系统认为此操作为系统 复位。 “运行“键 打开电源后,按击“运行“键,机器人就可以运行内部已存储的程序,按照 你的“指令“行动。 “通信“指示灯 “通信“指示灯位于机器人主板的前方,在给 AS-UII 下载程序时,这个黄灯会闪烁,这样就表明下载正常,程序正在进入机器人的“ 大脑“即 CPU。 1.31.3 对对AS-UIIAS-UII进行编程进行编程 图形化交互式 C 语言(简称 VJC)是用于 AS-UII 的专用开发系统。VJC1.5 开发版运行在 Windo
16、ws 95/98 和 Windows NT 4.0 以上版本的操作系统上。VJC1.5 开发版是由图形化编程界面和 JC 代码编程界面组成的,具体应用参考第三章。 双击桌面上的 VJC 图标,进入流程图程序编程界面(如图 1-4)可以看到 VJC1.5 开发版的图形化编程界面是由这样几个部分组成:菜单栏、工具栏、模块库( 包括执行器、传感器、控制、程序模块库)、垃圾箱、流程图生成区、JC 代码显示区。通过点击图形化编程界面工具栏中的“编辑 JC 代码程序“快捷按钮就可以切换到 JC 代码编程界面(如图 1-5) 10 图 1-4 图形化编程界面 图 1-5 JC 代码编程界面 可以看到 VJC
17、1.5 开发版的 JC 代码编程界面是由这样几个部分组成:菜单栏、工具栏、编辑窗口、JC 信息窗口。通过点击 JC 11 代码编程界面工具栏中的“流程图窗口“快捷按钮就可以切换到图形化编程界面 。 首先我们先看看图形化编程界面: 新建程序: 采用模块搭建流程图的形式进行编程。要编写流程图程序,可以在点击桌面上 VJC1.5 开发版图标之后出现的初始界面中选择新建“流程图“,这样就进入了一个图形 化编辑界面。如果编辑过之后,还想再新建一个程序,那么可以选择菜单栏中“ 文件“ “新建“,也可以利用工具栏里的“新建“快捷按钮,直接新建一个新程序。 打开程序:可以选菜单上“文件“ “打开“(或点击工具
18、栏中的“打开“按钮),来查看或编辑以前保存的程序。 下载程序:写好的应用程序必须下载到 AS-UII 上运行。可以选择菜单栏中“工具“ “下载当前程序“来下载当前窗口里的应用程序(或点击工具栏中的“下载“按钮 )。 VJC1.5 开发版的详细操作方法请参见VJC1.5 开发版操作手册或直接查询 VJC1.5开发版的帮助。 第第2 2章章 传感器、微处理器与驱动器传感器、微处理器与驱动器 2.1.2.1. 智能机器人的三大要素智能机器人的三大要素 人对周围环境的反应过程主要是感觉大脑思考作出反映,机器人的信 息处理流程也是如此。 能力风暴智能机器人的配有 5 种十几个传感器,另外还可以根据需要扩
19、展其他传感器,对环境的感知能力很 强。感知环境的能力是产生智能行为的前提,因此能力风暴能产生许多智能性 行为。 12 能力风暴通过微控制器(microcontroller)来思维。我们采用的是 Motorola 公司 8位单片机中功能最强、集成功能最全的高档机种。它的可靠性很高,有程序自 下载功能。能力风暴连上串口线就可自动下载程序。 计算机硬件决定了机器的极限潜能,去开发这种潜能是软件的工作。我们 为用户提供了交互式图形化编程 C 语言 VJC,它使开发能力风暴的高层行为充满了乐趣。有的低层的驱动软件与硬件相 关太紧密或实时要求很高,需要用汇编语言来处理。 能力风暴智能机器人的执行器有:二只
20、高性能直流电机;一只喇叭;一只 2*16 字符的液晶显示器。 图 31 能力风暴智能机器人的系统结构 2.2.2.2. 能力风暴的传感器及其处理电路能力风暴的传感器及其处理电路 2.2.1.2.2.1.碰撞传感器碰撞传感器 13 碰撞传感器是使能力风暴智能机器人有感知碰撞环上的碰撞信息能力的传 感器。在能力风暴智能机器人的左前、右前、左后、右后设置有四个碰撞开关 (常开),它们与碰撞环共同构成了碰撞传感器(见图 3.2)。碰撞环与底盘柔性连接,在受力后与底盘产生相对位移,触发固连在底 盘上相应的碰撞开关,使之闭合。我们把来自四周的碰撞分为八个方向(见图3. 3)。 图 3.2 碰撞开关及碰撞环
21、 图 3.3 碰撞传感器方位 我们在 VJC 环境中,编写一个碰撞检测程序,来理解如何在程序中使用碰撞开关。VJC图形 编辑界面参见图 1-4: 1.进入 VJC 的图形化编程界面,将“控制模块库“中的“永远循环“模块拖入到流程图生成区 并与“主程序“相连; 14 2.将“传感器模块“库中“碰撞检测” 模块连接到循环内部,见图 3-6 3.将“执行器模块“中的“显示模块“连接到程序中; 4.设置“显示“模块(见图 3- 5),在“显示“模块上点击右键,在弹出“设置显示模块“对话框选中“引用变量“ ,会出现“变量百宝箱“对话框,点击“碰撞检测“图标,在碰撞变量引用中点击“ 碰撞变量一“,按确定键
22、; 5.在“显示“模块正下方,连接“任务结束“模块,完成碰撞检测程序的编写 。 图 3-5 VJC 碰撞显示变量设置图 15 图 3-6 碰撞检测程序流程 下载并运行此程序,观察 LCD 上的显示: bmp_1=0 (表示此时没有碰撞) 若前碰撞受到碰撞,LCD 上显示: bmp_1=4 (表示左后方受到碰撞) 在其它方向施加碰撞,LCD 显示的值将不同,四个方向发生碰撞时返回值的意义为:1=左前方受碰,2= 右前方受碰,4=左后方受碰,8=右后方受碰。 上面我们使用的是 VJC 的图形编程方式编的程序,我们再用 JC 语言编写下面的程序来理解碰撞传感器是如何工作的。 在 JC 语言中,碰撞传
23、感器的库函数是 bumper(),在程序运行过程中此库函数仅在被调用到时执行一次,即采集数据 一次。因此要连续查询碰撞传感器的状态就要在 VJC 交互式调试窗口一行编辑框中输入如下程序块: while(1) printf(“bump=%dn“,bumper();wait(0.1); 16 按回车,JC 能立即编译这一段程序并下载运行,LCD 上显示: bump=0 (表示此时没有碰撞) 按左前碰撞环,LCD 上显示:bump=5。在其他方向施加碰撞,显示的值将不同。各个方向发生碰撞 时返回值对应关系如下: 无 0,左前 1,右前 2,左后 4,右后 8 对应于每一个方向的碰撞,用户是怎样得到一
24、个二进制数值的呢?在能力 风暴智能机器人里,四个碰撞开关接在一个电阻网络里,通过采集模拟口 PE3上电压值的变化,来识别出哪个或哪些碰撞开关闭合,从而判断出哪个方向 有碰撞。同样,在 VJC 交互信息窗口上方一行编辑框中输入如下程序块: while(1) printf(“pe3=%dn“,analogport(3);wait(0.1); 按回车,JC 能立即编译这一段程序并下载运行,LCD 上显示: pe3=1 (表示此时无碰撞) 在各个方向上按压碰撞环,pe3 返回值各不相同,这些值是 pe3 上电压值通过模数转换(模拟量转化为数字量)得到的结果。它们不直观,也 不方便记忆。对此在库函数中进
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- 毕业设计 论文 智能 机器人 灭火 功能 实现
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