野外搜救机器人系统设计

摘要

随着现代社会的发展，人的生命价值显得越来越重要。在野外面对一些突发情况时，人员被困无法发出求救信息或者由于环境的因素，给救援人员的搜救工作会造成一些阻碍。由于环境条件未知，搜救人员盲目进入可能会造成二次遇难。为了保证搜救人员的人身安全和提高救援效率，先由搜救器人进行环境信息采集和侦探，将现场信息实时的传送回来让救援人员对现场有个熟悉的认识，再采取最恰当的救援方式帮助被困人员脱离危险。
　　本系统对野外搜救机器人系统进行了设计。采用FPGA作为系统主控制器，通过I/O口连接所有的传感器，保证各部分功能的顺利实现。设计了导航定位模块，采用GPS和推位通过互补滤波进行导航定位，同时设计了GPS接收机数据采集电路、光电编码器数据采集电路和ADIS16405惯性传感器数据采集电路。设计了避障模块，采用超声波和红外传感器以加权的方式进行组合来避障，并设计相应的电路。设计了探测模块，使用多传感器组合来获取现场环境信息，同时使用视频采集来增强探测的效果。设计了通信模块，通过无线串口来实现传感器数据的传输和控制指令的下达。设计了运动控制模块，分别控制搜救机器人的运动以及机械臂的运动。设计了接口板模块，包含传感器接口电路、电源转换电路、过流保护电路，保证各部分器件独立工作，不造成相互干扰。最后对主要功能进行了系统验证。
　　本系统所设计的野外搜救机器人，通过整体调试最终能够导航到指定目标范围内。各传感器能够实时的传送回现场的环境信息，给救援人员提供了有效的帮助，保证了后续救援工作的顺利进行，具有一定的工程意义。

目录

声明

第1章 绪论

1.1课题背景与意义

1.2 搜救机器人研究现状

1.3 野外搜救机器人系统设计介绍

1.4 论文的内容安排及主要工作

第2章 野外搜救机器人的系统设计

2.1 总体设计

2.2 核心控制器FPGA

2.3 导航单元硬件设计

2.4 避障单元硬件设计

2.5 探测单元硬件设计

2.6 通信单元硬件设计

2.7 运动控制硬件设计

2.8 接口板单元硬件设计

2.9 本章小结

第3章 野外搜救机器人导航定位

3.1 GPS导航定位

3.2 搜救机器人位置的GPS数据采集

3.3 基于里程计的航位推算

3.4 MEMS加速度计测量机器人倾角

3.5 ADIS16405数据采集

3.6里程计推算定位

3.7搜救机器人的里程计定位

3.8互补滤波的组合导航定位

3.9 本章小结

第4章 野外搜救机器人的机械臂控制

4.1机械臂运动学模型

4.2机械臂的数学模型

4.3机械臂路径规划原理

4.4机械臂轨迹规划仿真

4.5 机械臂的遥控系统

4.6 本章小结

第5章 野外搜救机器人的避障设计

5.1 搜救机器人避障

5.2 搜救机器人避障分析

5.3 避障运动方式的选取

5.4 搜救机器人避障行为的实现

5.5 实验数据分析

5.6 本章小结

第6章 野外搜救机器人的系统实验验证

6.1 硬件系统整体结构

6.2 机械臂运动控制实验

6.3 室外避障实验

6.4 室外导航实验

6.5 本章小结

结论

参考文献

硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢