远程无线控制可视救援机器人系统的设计与实现毕业论文.docx

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远程无线控制可视救援机器人系统的设计与实现毕业论文

作品名称：

远程无线控制可视救援机器人系统的设计与实现

《远程无线控制可视救援机器人系统的设计与实现》

摘要：

该系统是基于达盛51平台、无线控制模块、六自由度机械手、无线摄像头和动力部分构成的救援机械人模拟系统，达盛51平台作为机械人的总控制平台，它包括机械手的控制程序和无线控制程序，它主要完成机械手各电机和动力部分电机控制工作，可以模拟夹取和搬运物体，以模拟完成在求援过程中，可以远程可视监控控制，完成在一些危险的救援环境中进行救援。

关键字：

达盛；51平台；无线；机械手；摄像头；救援

Abstract:

thesystemisbasedonwirelessplatformofshing51controlmodule,sixdegreesoffreedom,wirelesswebcamanddynamicmanipulatorofrescuerobotsimulationsystem,cheng51totalcontrolplatformforrobotplatform,includingthecontrolofthemanipulatorproceduresandwirelesscontrolprogram,whichmainlycompleteseachmotoranddynamicpartofmanipulatorcanbesimulated,motorcontrolworkandhandlingobjects,withcompletewithsimulationprocess,canaidinremotevideomonitorandcontrolinsomedangerousrescueenvironment.

Keywords:

dasheng；51platform；Wireless；Manipulator；Cameras；rescue

一、作品简介

该作品的设计思路来源于目前经常发生矿难、火灾、有毒环境、地震等灾难救援，用人去救援当然是最灵活机动的，但是救援之前，必须要考虑到救援人员的安全问题，不得不考虑不但救不出人，反而出现更大的伤亡，如果我们采用救援机械人，装上先进的各类传感器、生命探测器，安装先进的多角度的可视设备，救援人员远程可视控制，加装灵活有力的机械臂和其他救援设备，这样既保证了人的随机应变，同时机械人可携带更多的救援设备，就算在救援过程中万一出现塌方，也许我们的机械人会更能体现他的伟大，可以用他的钢铁之身顶住，我救援争取一定的时间，起码这样不会增加伤亡人员。

二、方案设计

①理论分析

目前中国机器人的研究正在发展，较美国、日本等发达国家我们的起步比较晚，而且技术相对也落后，但是我们正在积极发展，从多次国际大学生机械人大赛中我们可以看到我们正在发展，只是在实际应用中还没有大规模发展起来，该作品是一个基于ARM的一个救援机器人一个小型化系统，该机器人可以自由移动，通过一个USB摄像头监视系统，我们可以通过在ARM平台进行实时监视，根据视频控制六自由度机械手进行物体的抓取和搬运。

②方案确定

◆单片机模块：

达盛51MCU模块

该模块是达盛公司推出的单片机模块，硬件和功能完全能够满足手多电机控制的硬件条件。

◆六自由度机械手：

德普斯机械手

该模块是德普斯公司推出的机械手，硬件和功能完全能够满足机械手的多角度灵活活动，完成各种复杂动作。

◆无线摄像头：

台电摄像头

该模块是台电公司推出的无线摄像头模块，硬件和功能完全能够满足实时远距离无线视频监控。

◆无线传输模块：

AY-RF905无线模块。

三、系统设计

1、硬件设计

下图为硬件系统设计框图

图1硬件系统框图

2、软件设计

下图为软件设计框图

无线控制板程序

达盛51单片机

小车驱动程序

达盛51单片机

机械手控制程序

图2软件系统框图

四、功能模块设计

1、硬件模块设计

①、AY-RF905模块的Nordic公司的nRF905芯片如图所示：

图3nRF905芯片引脚图

②、引脚概述

③、单片机模块：

采用达盛51单片机开发平台，平台结构如图所示：

图4达盛平台PCB图

图5达盛平台PCB3D图

图6达盛平台原理图

⑤、六自由度机械手

图8六自由度机械手

●产品简介

◆手爪：

内宽8.26厘米，手长8.26厘米，高2.85厘米，

◆最大负重：

403.41克

◆手可达区域：

49.53厘米

◆各部运动范围：

0—180度

◆肘到腕距离：

14厘米

◆基座到肘距离：

20厘米

◆腕到手爪心距离：

17.8厘米

◆机械手自重（包括伺服电机）：

1.06公斤

◆超级扭矩齿轮645系列伺服电机（旋转肘部使用）：

3极马达，金属齿轮，双滚珠轴承，4.8伏扭矩：

7.7公斤/厘米，6.0伏扭矩：

9.6公斤/厘米

4.8伏速率：

0.24秒/60度，6.0伏速率：

0.19秒/60度

尺寸：

40.6X19.8X37.8毫米

重量：

60克

◆标准金装475系列伺服电机（旋转基座、腕、手爪使用）：

3极马达，卡博来特齿轮，滚珠轴承

4.8伏扭矩：

4.4公斤/厘米，6.0伏扭矩：

5.5公斤/厘米

4.8伏速率：

0.23秒/60度，6.0伏速率：

0.18秒/60度

尺寸：

38.8X19.8X36毫米

重量：

40克

◆225系列伺服电机（旋转手腕使用）：

3极费莱特马达，

4.8伏扭矩：

3.9公斤/厘米，6.0伏扭矩：

4.8公斤/厘米

4.8伏速率：

0.14秒/60度，6.0伏速率：

0.11秒/60度

尺寸：

32.4X16.8X31毫米

重量：

27克

◆内芯式805BB系列电机（旋转肩部使用）：

双滚珠轴承，定制内置式芯片

4.8伏扭矩：

16公斤/厘米，6.0伏扭矩：

27.4公斤/厘米

4.8伏速率：

0.20秒/60度，6.0伏速率：

0.14秒/60度

尺寸：

66X30X58毫米

重量：

152克

⑦、无线摄像头

图6无线摄像头

◆镜头类型CMOS

◆摄像头像素500万

◆摄像头分辨率640×480

◆最高分辨率（像素）640×480

◆最大帧数30帧

◆色彩位数24位

◆成像距离35mm-无穷远

◆对焦方式手动

◆对焦方式/范围手动调焦模式

◆镜头带红外夜视500万高像素镀膜镜头

◆支持系统Windows2000/2003/XP/Vista/7，Mac，Linux

◆接口类型USB2.0

◆外观色彩象牙白

◆附件电源适配器

◆其他参数全球首创2000米无线距离

◆增强型2.4G无线技术

◆内置高品质降噪麦克风

◆全新红外夜视镜头

◆4节AAA电池供电，可外接电源供电

⑧、自制小车

◆车身：

长*宽170mm*350mm

◆电机：

6V直流电机

⑨、照明系统

◆5VLED灯

2、软件模块设计

①基于达盛51单片机的无线总控制平台程序流程图

②基于达盛51单片机的机器人控制程序流程图

五、作品性能测试与分析

1、视频监视系统测试

将无线摄像头的USB无线接收器接入到PC机的USB接口，打开摄像界面，可以看到清晰的图像画面。

2、控制台系统测试

用达盛51平台和无线传输模块构成的总控制台，主要负责六自由度机械手和移动平台的控制，包括六自由度的各个电机的动作控制和移动平台的前进、后退、左转、右转等控制，通过操作控制控制平台可以让机械人完成各种动作，经测试移动，搬运都非常成功和稳定。

六、创新总结

该作品使用达盛公司达盛51单片机开发平台，再配合无线摄像头、德普斯的六自由度机械手和自制的移动动力系统平台，完成了一个远程无线遥控的可视控制的救援机械人，当灾害发生时、搜救工作复杂、危险，紧迫，我们的救援机器人以其体积小，灵活性大，可实现远程监视与控制等优点，为救援提供了极大的方便。

如井下救援，有毒环境救援，火灾救援等领域，我们的机器人将会发挥它巨大的作用；现在各个国家都在研究这项技术。

目前，我们做的是有线控制的，如果将机器人进行适当改进，便可实现无线控制救援。

参考文献

1、周力功等编著.《ARM&WinCE实验与实践-基于S3C2410》.北京航空航天大学出版社.2007年7月第1次印刷

2、张冬泉等编著.《WindowsCE使用开发技术（第2版）》.电子工业出版社.2009年3月第1次印刷

3、李大为等编著.《WindowsCE工程实践完全解析》.中国电力出版社.2008年10月第1次印刷

4、邱仲潘等译.《VisualC++6从入门到精通》.电子工业出版社.1999年1月第1次印刷

5、《WinCE指导书》北京达盛科技公司

6、《六自由度机械手使用说明书》深圳德普斯公司

附件一：

//达盛51单片机平台控制程序源代码

#include"def.h"

#include"./SPI/SPI.h"

#include"./nRF905/nRF905.h"

#defineucharunsignedchar

#defineuintunsignedint

sbitrobotkg=P3^2;

sbitdengkg=P3^3;

//0123456789ABCDEF

ucharcodetab1[]={'0','1','2','3','4','5','6','7','8','9','A','B','C','D','E','F'};

ucharcodetab2[]={0xee,0xde,0xbe,0x7e,0xed,0xdd,0xbd,0x7d,0xeb,0xdb,0xbb,0x7b,0xe7,0xd7,0xb7,0x77};

ucharcodetab3[]={0xfe,0xfd,0xfb,0xf7};

unsignedcharTxBuf[28]={0};

unsignedcharRxBuf[28]={0};

//unsignedcharPcTx_Buf[6];

unsignedchartf=0;

voiddelayms（uintn）

{

uinti,j;

for（i=0;i

{

for（j=0;j<125;j++）;

}

}

voidDelay（unsignedcharn）//1mS

{

unsignedchari;

while（n--）//2uS

for（i=0;i<80;i++）;//80*8uS=640uS

}

voidkey_delay（）

{

unsignedinti,j;

for（i=1;i<=50;i++）

{for（j=1;j<=100;j++）;}

}

/////////////////

//sendthecommand

/*voidsend_comd（unsignedcharvalue）

{unsignedchari;

ES=0;

EA=0;

PcTx_Buf[0]=value|0xf0;

PcTx_Buf[1]=value|0xf0;

PcTx_Buf[2]=value|0xf0;

PcTx_Buf[3]=value|0xf0;

PcTx_Buf[4]=value;

PcTx_Buf[5]=value|0xf0;

for（i=0;i<=5;i++）

{

SBUF=PcTx_Buf[i];

while（TI==0）;

TI=0;

}

ES=1;

EA=1;

}*/

voidmain（）

{

uchara,b;

//unsignedcharled1_count=0;

//unsignedcharled2_count=0;

//unsignedcharlight;

//================NRF905初始化

nRF905Init（）;

//================

Config905（）;//ConfignRF905module

TxBuf[0]=0xff;

TxBuf[1]=0xff;

TxBuf[2]=0xff;

TxBuf[3]=0xff;

//ledclose

//SetRxMode（）;//SetnRF905inRxmode

SetTxMode（）;

while

（1）

{

robotkg=1;

dengkg=1;

for（b=0;b<4;b++）

{

P1=tab3[b];

delayms（25）;

if（robotkg==0）

{

TxBuf[3]='G';

TxPacket（TxBuf）;//TransmitTxbufferdata

TxBuf[3]=0xff;

}

delayms（25）;

if（dengkg==0）

{

TxBuf[3]='H';

TxPacket（TxBuf）;//TransmitTxbufferdata

TxBuf[3]=0xff;

}

for（a=0;a<16;a++）

{

if（P1==tab2[a]）

{

TxBuf[3]=tab1[a];

TxPacket（TxBuf）;//TransmitTxbufferdata

TxBuf[3]=0xff;

}

}

}

}

}

Nrf905驱动程序

#include"nRF905.h"

#defineucharunsignedchar

#defineuintunsignedint

unsignedcharTxAddress[4]={TX_ADDR_Byte0,TX_ADDR_Byte1,TX_ADDR_Byte2,TX_ADDR_Byte3};

RFConfigRxTxConf=

{

10,

RFConfig_Byte0,RFConfig_Byte1,RFConfig_Byte2,RFConfig_Byte3,RFConfig_Byte4,

RFConfig_Byte5,RFConfig_Byte6,RFConfig_Byte7,RFConfig_Byte8,RFConfig_Byte9

};

staticvoidDelay（ucharn）

{

uinti;

while（n--）

for（i=0;i<80;i++）;

}

/*******************************************************************************************/

//functionInitIO（）;初始化IO

/*******************************************************************************************/

voidnRF905Init（void）

{

/*SPIinit*/

SpiInit（）;

//CSN=1;//Spidisable

//SCK=0;//Spiclocklineinithigh

DR=1;//InitDRforinput

AM=1;//InitAMforinput

PWR_UP=1;//nRF905poweron

Delay（4）;

TRX_CE=0;//SetnRF905instandbymode

TX_EN=0;//setradioinRxmode

//====================

/*

TX_EN_DDR=1;

TRX_CE_DDR=1;

PWR_UP_DDR=1;

DR_DDR=0;

CD_DDR=0;

*/

//====================

}

/*******************************************************************************************/

//functionWriteTxAddress（）;写入目标地址

/*******************************************************************************************/

voidWriteTxAddress（void）

{

unsignedchari;

unsignedcharlen=（RxTxConf.buf[2]>>4）;

CSN=0;//Spienableforwriteaspicommand

SpiWrite（WTA）;//Writeaddresscommand

//for（i=0;i

for（i=0;i

{

SpiWrite（TxAddress[i]）;

}

CSN=1;//Spidisable

}

/*******************************************************************************************/

//functionConfig905（）;//配置905寄存器

/*******************************************************************************************/

voidConfig905（void）

{

uchari;

CSN=0;//Spienableforwriteaspicommand

SpiWrite（WC）;//Writeconfigcommand写放配置命令

for（i=0;i

{

SpiWrite（RxTxConf.buf[i]）;

}

CSN=1;//DisableSpi

WriteTxAddress（）;

}

/*******************************************************************************************/

//functionSetTxMode（）;设置为发送模式

/*******************************************************************************************/

voidSetTxMode（void）

{

TRX_CE=0;

TX_EN=1;

Delay

（1）;//delayformodechange（>=650us）

}

/*******************************************************************************************/

//functionSetRxMode（）;设置为接收模式

/*******************************************************************************************/

voidSetRxMode（void）

{

TX_EN=0;

TRX_CE=1;

Delay

（1）;//delayformodechange（>=650us）

}

//发送数据包

/*******************************************************************************************/

voidTxPacket（unsignedchar*TxBuf）

{

uchari;

CSN=0;//Spienableforwriteaspicommand

SpiWrite（WTP）;//Writepayloadcommand

//for（i=0;i

for（i=0;i

{

SpiWrite（TxBuf[i]）;//Write32bytesTxdata

}

CSN=1;//Spidisable

TRX_CE=1;//SetTRX_CEhigh,startTxdatatransmission

Delay

（1）;//while（DR!

=1）;

TRX_CE=0;//SetTRX_CElow

}

/*

*******************************************************************************************

*读取数据包

*返回值:

1-成功接收到数据0-没有接收到数据

*******************************************************************************************

*/

unsignedcharRxPacket（unsignedchar*RxBuf）

{

uchari;

if（DR）//DR高电平有接收到数据

{

TRX_CE=0;//SetnRF905instandbymode

CSN=0;//Spienableforwri