微型侦察机器人控制系统设计与实现

摘要

危险环境侦察机器人是当前机器人领域的研究热点之一，其在反恐排爆、灾难救援等多领域都具有广泛的应用前景，而微小型化将成为侦察机器人的一个重要发展趋势。本文针对一款哑铃状微型侦察机器人设计并实现其控制系统以完成在狭小、封闭等环境下的侦察任务。
　　本文首先对微小型侦察机器人及其关键技术研究现状进行调研，然后根据微型侦察机器人应用环境对其控制系统进行需求分析，并在此基础上提出系统总体设计方案，包括机器人本体控制系统及远程操控终端两个部分。
　　机器人本体控制系统采用主从控制方式。主控制器选用i.MX28微处理器，以嵌入式Linux作为操作系统，实现信息采集与集成、无线通信等功能;从控制器选用STM32F405RG微控制器，以FreeRTOS实时系统作为操作系统，实现对实时性要求较高的运动控制;主从控制器通过串口进行通信，实现运动控制命令转发与电机状态信息反馈。
　　远程操控终端选用S5PV210微处理器作为主控制器，以嵌入式Linux作为操作系统，Live555作为流媒体客户端，QT作为人机交互界面设计平台，实现机器人反馈信息的接收显示以及对机器人的远程遥控。
　　本文详细介绍了系统硬件和软件各部分的设计方法，实现了系统功能并进行了全面测试，结果表明其功能达到了预期的设计目标。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题背景与意义

1．2 微小型侦察机器人研究现状

1．2．1 国外相关研究

1．2．2 国内相关研究

1．3 侦察机器人关键技术研究现状

1．3．1 嵌入式处理器技术

1．3．2 传感器技术

1．3．3 无线通信技术

1．4 课题研究内容及论文的组织结构

第二章 微型侦察机器人控制系统总体方案设计

2．1 微型侦察机器人控制系统需求分析

2．2 机器人本体控制系统总体设计

2．2．1 硬件总体结构

2．2．2 软件总体结构

2．3 机器人远程操控终端总体设计

2．3．1 硬件总体结构

2．3．2 软件总体结构

2．4 本章小结

第三章 微型侦察机器人本体控制系统硬件设计

3．1 电源管理部分

3．1．1 锂电池充放电保护电路

3．1．2 电源转换电路

3．1．3 单键开关机电路

3．1．4 电池电量检测电路

3．2 主从控制器部分

3．2．1 主控制器核心电路

3．2．2 从控制器核心电路

3．3 运动控制部分

3．3．1 电机驱动电路

3．3．2 电机电流检测电路

3．3．3 编码器电平转换电路

3．4 系统接口部分

3．4．1 USB接口电路

3．4．2 音频采集接口电路

3．4．3 串口通信接口电路

3．4．4 以太网接口电路

3．4．5 数据存储接口电路

3．4．6 高亮LED接口电路

3．5 本章小结

第四章 微型侦察机器人本体控制系统软件设计

4．1 嵌入式软件环境搭建

4．1．1 嵌入式Linux系统的移植

4．1．2 实时操作系统FreeRTOS的移植

4．2 信息采集与集成

4．2．1 视频数据采集

4．2．2 音频数据采集

4．2．3 姿态数据采集

4．3 无线通信实现

4．3．1 无线网络环境搭建

4．3．2 流媒体服务器搭建

4．3．3 机器人遥控与数据反馈

4．4 机器人运动控制

4．4．1 电机闭环控制

4．4．2 主从控制器通信协议

4．5 本章小结

第五章 微型侦察机器人远程操控终端设计

5．1 硬件设计

5．1．1 电源转换电路

5．1．2 主控制器核心电路

5．1．3 音频解码电路

5．1．4 触摸液晶屏接口电路

5．1．5 操控接口电路

5．1．6 其他功能电路

5．2 软件设计

5．2．1 嵌入式软件环境搭建

5．2．2 流媒体客户端搭建

5．2．3 人机交互接口

5．3 本章小结

第六章 系统实现与测试

6．1 机器人本体硬件平台搭建

6．2 机器人本体控制系统软件功能测试

6．3 机器人与操控终端联调

6．4 本章小结

第七章 总结与展望

7．1 总结

7．2 展望

致谢

参考文献

作者在攻读硕士学位期间发表的论文