基于dsp无线通讯的多功能机器人灵狐的研究与实现

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1、基于DSP无线通讯的多功能机器人灵狐的研究与实现目录第1章绪论161.1引言161.2移动机器人研究现状171.3本课题研究内容及意义18第2章灵狐机器人系统及其运动模型192.1系统框架192.2灵狐机器人运动建模202.2.1运动学模型212.2.2动力学模型23第3章灵狐机器人子系统设计243.1DSP驱动控制子系统243.1.1DSP简介243.1.2PWM的实现方法253.1.3驱动结构设计263.1.3.1步进电机简介及电机选型263.1.3.2机械结构设计273.1.4步进电机控制

2、283.2无线通讯子系统293.2.1无线通讯子系统作用293.2.2芯片选型293.2.3无线通讯子系统硬件接口303.2.4软件编程313.2.5通信协议设置333.2.6通信传输距离的计算333.3超声波子系统343.3.1超声波测距原理343.3.2系统硬件接口343.3.3数据处理353.3.4结果误差分析363.4无线图像传输子系统363.5GPS辅助导航子系统38553.5.1GPS定位原理383.5.2产品选型393.5.3系统硬件接口403.5.4NMEA-0183通信标准41

3、3.5.5GPGGA语句解析413.6语音识别子系统423.6.1系统硬件接口图423.6.2非特定人语音识别程序的编写433.7音乐控制子系统453.7.1系统设计方案453.7.2音乐子系统的实现453.8逐球图像处理子系统463.8.1系统设计方案463.8.2图像处理子系统的研究与实现473.8.2.1系统结构图473.8.2.2图像模型的选择――RGB模型473.8.2.3空间坐标变换483.8.2.4色标设计与识别50第4章机器人底层控制算法设计514.1PD控制简介524.2系统实

4、现52第5章实现功能及轨迹控制精度误差实验545.1实现功能545.1.1“灵狐排练”模式545.1.2基于人的思维的反馈式近地侦察模式555.1.3基于视觉闭环自治的逐球模式575.2轨迹控制精度分析595.2.1轨迹精度误差实验的设计和实现595.2.2误差分析59第6章总结616.1概述616.2主要工作和创新点616.3作品适用范围及发展前景626.4研究结论626.5存在问题及工作展望63主要作者本科阶段发表论文63参考文献.63附录1配合音乐的DSP舞蹈控制程序66附录2机器人性能参

5、数6755第1章绪论1.1引言二十一世纪的钟声宣告了知识经济时代的来临，我国也相应提出“科技兴国”方针，大力发展科技事业。机器人是传统的结构学与近代电子技术相结合的产物，是集计算机科学、控制技术、传感器技术、电机技术、机构学及美学等多学科为一体的高科技产物，它的出现和发展不但使传统的工业生产和科学研究发生根本性的变化，而且将对人类社会生活产生深远的影响。图1－1Sony公司AIBO机器狗机器人的研究和应用水平，是一个国家经济实力和科技发展水平的反映，一个国家如果不拥有一定数量和质量的机器人，就不

6、具备产品国际竞争的工业基础。因此，世界上许多国家，包括中国在内都对机器人的发展予以高度重视。机器人已发展50年左右了，虽由于涉及的技术太复杂，机器人还没有如人们预期的那样,但得益于相关技术的飞速发展，很多移动机器人即将进入人们的生活。在进入21世纪以后，已经有超过6家公司发布了家用洗尘机器人，Sony公司的AIBO机器狗（图1－1）更是以超过1万人民币的售价在全世界范围内卖出了上万只[1]，这无疑给机器人市场注入了一只强心剂。同时工业用自动引导移动机器人（AGV）也得到了飞速发展，在拥有了视觉和

7、激光扫描传感器之后，AGV已经被提高到了一个新的高度。55在军事方面，随着高新技术的发展，各种类型的军用机器人已经大量涌现，一些技术发达的国家相继研制了智能程度高、动作灵活、应用广泛的军用机器人。目前军用机器人主要是作为作战武器和保障武器使用。在恶劣的环境下，机器人的承受能力大大超过载人系统，并且能完成许多载人系统无法完成的工作，如运输机器人可以在核化条件下工作，也可以在炮火下及时进行战场救护。在地面上，机器人为联合国维和部队排除爆炸物、扫除地雷；在波黑战场上，无人机大显身手；在海洋中，机器人帮

8、助人清除水雷、探索海底秘密；在宇宙空间，机器人成了火星考察的明星。1.2移动机器人研究现状图1－2美国Pioneer2-DXe[7]在美国，日本及欧洲的许多发达国家，由于移动机器人在人工智能理论研究、服务和娱乐领域的商业前景而受到重视，许多高校和企业都做了一定的理论研究和实践[2][3]，同样无线通信技术也在飞速发展[4][5]。我国的机器人事业起步较晚，移动机器人的研究早期主要集中在哈尔滨工业大学、清华大学、中国科技大学、上海交通大学等高等院校。下面介绍几个主要的移动机器人。美国ActiveM