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語(yǔ)音控制的多功能輪式機(jī)器人的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

發(fā)布時(shí)間:2014-12-21 責(zé)任編輯:echolady

【導(dǎo)讀】從智能小車發(fā)展到如今的輪式機(jī)器人,已經(jīng)有數(shù)十年的歷史了,本文主要詳述了帶語(yǔ)音控制的多功能無(wú)線監(jiān)控輪式機(jī)器人的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。這一研究成功的彌補(bǔ)了科技領(lǐng)域的空白,具有廣闊的發(fā)展前景。

 主要內(nèi)容

(1)電機(jī)驅(qū)動(dòng)。采取經(jīng)典的L298模塊來控制,通過一篇L298來控制兩個(gè)減速電機(jī)的正反轉(zhuǎn)和停止,從而控制小車的行駛。
(2)紅外無(wú)線遙控模塊的設(shè)計(jì),實(shí)現(xiàn)小車的無(wú)線控制,對(duì)其方向的控制。
(3)光電壁障模塊。根據(jù)投光器發(fā)出的光束,被物體阻斷或部分反射,受光器最終據(jù)此作出判斷反應(yīng),是利用被檢測(cè)物體對(duì)紅外光束的遮光或反射,由同步回路選通而檢測(cè)物體的有無(wú),其物體不限于金屬,對(duì)所有能反射光線的物體均能檢測(cè)。
(4)語(yǔ)音模塊的研究。在尋跡和壁障過程中,加載語(yǔ)音識(shí)別項(xiàng)目,下車將根據(jù)特定人發(fā)布的命令,做出相應(yīng)的動(dòng)作,以應(yīng)對(duì)復(fù)雜多變的工作環(huán)境。
(5)利用傳感模塊進(jìn)行尋跡和檢測(cè)障礙物,并控制智能車的車速。
(6)溫度采集。采用DS18b20芯片采集智能車所處環(huán)境的溫度,將溫度模擬信號(hào)已經(jīng)在芯片內(nèi)部轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào),通過單片機(jī)來讀取數(shù)據(jù)。
(7)利用OV6620對(duì)圖像進(jìn)行采集,并且研究圖像終端的顯示。
(8)對(duì)ZigBee無(wú)線傳輸技術(shù)的研究,應(yīng)用ZigBee結(jié)合智能車進(jìn)行安全檢測(cè),包括對(duì)受災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)人員的定位,并且采集其生命特征,包括心跳、溫度和血壓等,確定人員的生命體征,并對(duì)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境具體情況的采集,其中包括溫度,濕度和空氣的各個(gè)氣體的含量,對(duì)環(huán)境情況做出預(yù)判。
(9)另外,智能車上還可以擴(kuò)展一些外圍模塊來增加其智能性,比如物品搬運(yùn),防盜等功能。這樣小車的智能性會(huì)更加全面,功能也會(huì)更加完善。

項(xiàng)目計(jì)劃及目標(biāo)

本項(xiàng)目除了實(shí)現(xiàn)智能小車的基本功能外,針對(duì)特定的現(xiàn)場(chǎng)及PIC32芯片的特點(diǎn),還開發(fā)了循跡、避障、測(cè)速等功能,并實(shí)現(xiàn)圖像的無(wú)線傳輸。

(1)本項(xiàng)目的總體目標(biāo)提供具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的智能消防車實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)一套;
(2)配套的系統(tǒng)和應(yīng)用軟件一套;

技術(shù)、質(zhì)量指標(biāo)

(1)將循跡、避障、測(cè)速等功能融為一體,嘗試了多通道、多傳感器的綜合運(yùn)用,采用了較為精確的方向控制策略,使整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性達(dá)到了較高的水平。
(2)評(píng)測(cè)終端主要技術(shù)指標(biāo):充分利用PIC32單片機(jī)的軟硬件資源。
(3)增添相應(yīng)的硬件設(shè)備,實(shí)現(xiàn)圖像識(shí)別、行駛狀態(tài)顯示。
(4)儀器終端提供測(cè)試結(jié)果的液晶顯示,可將結(jié)果實(shí)時(shí)在外接的顯示器上顯示。
(5)從視頻信號(hào)中采集圖像。
(6)利用ZigBee實(shí)現(xiàn)圖像的無(wú)線傳輸,實(shí)現(xiàn)對(duì)智能小車的周邊影像的監(jiān)控。
(7)語(yǔ)音控制智能小車的行為。
(8)充分利用單片機(jī)的外圍接口,使小車的智能性更強(qiáng)。

主要研究方法

本項(xiàng)目是集循跡、避障、測(cè)速等功能融為一體,采用ZigBee對(duì)圖像的無(wú)線傳輸。其研究開發(fā)方案及技術(shù)路線如下:

(1)小車運(yùn)動(dòng)控制電路包括控制電機(jī)的選擇,PIC32對(duì)電機(jī)的控制,控制電路的連接設(shè)計(jì)和電機(jī)控制程序的編寫以及四相反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的建模與仿真。
(2)超聲波產(chǎn)生電路包括超聲波產(chǎn)生的軟件編程,超聲波發(fā)射接收的自動(dòng)控制(R-S觸發(fā)器);超聲波接收電路包括信號(hào)放大電路、信號(hào)濾波電路和信號(hào)整形電路,該部分電路主要完成超聲波從接收到輸入單片機(jī),保障信號(hào)的純度和可檢測(cè)度。超聲波的發(fā)射和接收由超聲波發(fā)射頭和超聲波接收頭來完成;
(3)距離顯示電路的主要作用是顯示障礙物距移動(dòng)小車的距離,該部分主要內(nèi)容為:外部觸發(fā)脈沖頻率的選擇和計(jì)數(shù)器、譯碼器及顯示器的選擇。
(4)語(yǔ)音控制電路,利用PIC對(duì)小車的行為進(jìn)行控制。
(5)小車避障電路主要介紹了機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型和避障過程的設(shè)計(jì)思想,常用的兩種路徑規(guī)劃的方法,并介紹了本設(shè)計(jì)小車的避障策略及軟件編程,最后對(duì)避障程序進(jìn)行了計(jì)算機(jī)仿真。
(6)融合ZigBee無(wú)線傳輸協(xié)議對(duì)車子周邊的環(huán)境進(jìn)行監(jiān)控。并且嘗試了多通道、多傳感器的綜合運(yùn)用;

本項(xiàng)目技術(shù)成熟性及可靠性

本項(xiàng)目所設(shè)計(jì)的小車在生活中,及各種特殊的環(huán)境下都有著重大的應(yīng)用。在生活里,可以作為消費(fèi)類的電子娛樂產(chǎn)品,而在一些特殊的場(chǎng)合,它又相當(dāng)于一個(gè)輪式機(jī)器人,可以在諸如礦井、火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)等提供一些幫助,并且將現(xiàn)場(chǎng)拍攝的圖像傳輸至終端來顯示,以達(dá)到監(jiān)控的目的。倘若這個(gè)項(xiàng)目研發(fā)成功,將給生產(chǎn)廠商帶來巨大的市場(chǎng)需求和經(jīng)濟(jì)效益。

本項(xiàng)目的技術(shù)難點(diǎn)

(1)系統(tǒng)抗干擾
由于在不同的環(huán)境下,外界干擾對(duì)小車相關(guān)性能影響影響會(huì)不一致,因此對(duì)小車的抗干擾性提出了更高的要求。

(2)避障功能
對(duì)避障這塊的難點(diǎn)是,對(duì)障礙物的檢測(cè)和相關(guān)參數(shù)的計(jì)算(比如大致尺寸,距離等),以及選擇一個(gè)合適的角度,避開目標(biāo)障礙物。

(3)實(shí)時(shí)性
對(duì)小車周邊的環(huán)境圖像獲取后,進(jìn)行無(wú)線傳輸。從而達(dá)到實(shí)時(shí)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的狀況的檢測(cè)。因?yàn)镻IC32的處理速度是相當(dāng)有限的,而圖片信息量又相對(duì)較大,這注定了圖片傳輸和處理會(huì)占用較多的cpu資源,這對(duì)實(shí)時(shí)性提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。

(4)準(zhǔn)確性
對(duì)于語(yǔ)音控制部分,控制者發(fā)出控制命令,與事先錄入的語(yǔ)音信息匹配,這個(gè)過程可能因?yàn)榭刂普邇纱沃v話的音量大小,頻率高低差別以及身體健康程度而出現(xiàn)不匹配從而無(wú)法實(shí)現(xiàn)控制,因此這需要一套準(zhǔn)確的方法來盡量減少這種情況的發(fā)生。

本項(xiàng)目的創(chuàng)新點(diǎn)

(1) 目標(biāo)障礙物的識(shí)別以及有效規(guī)避。
(2) 紅外控制小車的前進(jìn)、后退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、停止、加速、減速。
(3)研究了ZigBee的無(wú)線傳輸,實(shí)現(xiàn)了圖像的無(wú)線實(shí)時(shí)傳輸。
(4)沿著指定路線自動(dòng)行駛。
(5) 采用PIC32進(jìn)行模塊化的設(shè)計(jì),使得整個(gè)系統(tǒng)成為可擴(kuò)展性的一體化平臺(tái);在后期可以增添外圍設(shè)備,進(jìn)一步優(yōu)化填充功能。
(6)本項(xiàng)目可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的環(huán)境監(jiān)控機(jī)制,對(duì)于高危環(huán)境下替代人工作業(yè)也具有重要的意義。

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